Nanomaterial bringt Farbwechseleigenschaften für Roboter

Ein neu entwickelter Film aus Goldnanopartikeln könnte es ermöglichen, dass Roboter die Art von Tarnung und Hautfarbeigenschaften von Kreaturen wie Chamäleons und Octopus haben. Das Material ist in der Lage, seine Farbe in Reaktion auf jede Art von Bewegung zu ändern.

Das Material wurde von Wissenschaftlern der Universität von Kalifornien in Riverside entwickelt und in einem Artikel in Nature Communications veröffentlicht, der letzte Woche erschien.

Dieses Material ist anders als andere, die verwendet werden, um Farbwechsel in der Natur nachzuahmen. Der Film kann aufgrund jeder Art von Bewegung, einschließlich Biegen und Drehen, seine Farbe ändern. Dieses Material könnte auf die Außenseite von Robotern aufgetragen werden, um es ihnen zu ermöglichen, in Umgebungen zu gelangen, die für Menschen gefährlich oder unmöglich zu erreichen sind.

Einige dieser Umgebungen könnten unter Wasser liegende Spalten umfassen, die extrem schwer zu erreichen sind. Ein weiterer möglicher Vorteil dieses Materials ist, dass Biologen es verwenden könnten, um Tiere in diesen Umgebungen und die Druckbedingungen, denen sie ausgesetzt sind, zu studieren.

Es gibt andere Materialien, die Farbwechseleigenschaften aufgrund von Bewegung haben, aber der Film aus Goldnanopartikeln kann gedruckt und programmiert werden, um komplexe Muster anzuzeigen.

Nanomaterialien und Magnete

Nanomaterialien sind Materialien, die auf extrem kleine Größe reduziert wurden. Sie können so klein sein wie ein Virus, der etwa einige Zehntel Nanometer in Breite und Länge misst. Es gibt bestimmte Materialien wie Silber und Gold, die Farbwechseleigenschaften aufgrund von Größe, Form und Ausrichtung haben.

“In unserem Fall haben wir Gold auf nano-große Stäbchen reduziert. Wir wussten, dass wir, wenn wir die Stäbchen in eine bestimmte Richtung ausrichten könnten, ihre Farbe kontrollieren könnten”, sagte Yadong Yin, ein Professor für Chemie. “Wenn sie in eine Richtung zeigen, erscheinen sie vielleicht rot. Bewegen Sie sie um 45 Grad, und sie ändern sich zu Grün.”

Eine der Herausforderungen für das Forschungsteam war es, Millionen von Goldnanostäbchen in einer Flüssigkeit zu suspendieren und sie alle in die gleiche Richtung auszurichten, um eine einheitliche Farbe anzuzeigen.

Um dies zu erreichen, nahm das Team größere Goldmagneten und verschmolz kleinere Nanostäbchen darauf. Das Paar wurde dann in einem Polymer-Schutzgehäuse eingeschlossen, um sie nebeneinander zu halten, und dann konnten Magnete verwendet werden, um die Ausrichtung beider Stäbchen zu kontrollieren.

“Genau wie wenn Sie einen Magneten über einen Haufen von Nadeln halten, zeigen sie alle in die gleiche Richtung. So kontrollieren wir die Farbe”, sagte Yin.

Die Nanostäbchen werden zu einem dünnen Film getrocknet und hören auf, auf Magnete zu reagieren, nachdem ihre Ausrichtung festgelegt ist.

“Aber wenn der Film flexibel ist, können Sie ihn biegen und drehen, und Sie werden immer noch verschiedene Farben sehen, wenn die Ausrichtung sich ändert”, sagte Yin.

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Zukünftige Roboter und Währungsauthentifizierung

Das Hauptziel ist es, dieses Material auf zukünftige Roboter anzuwenden, aber es gibt auch andere Anwendungen. Laut Zhiwei Li, einem Chemiker der Universität von Kalifornien in Riverside und Erstautor des Artikels, kann der Film in Schecks oder Bargeld verwendet werden und als Authentifizierungsmerkmal dienen. Wenn der Film normaler Beleuchtung ausgesetzt ist, ist er grau, aber durch die Verwendung von polarisierten Linsen erscheinen komplexe Muster. Bewegungen wie Drehen können auch den Farbkontrast des Films ändern.

Das Forschungsteam sieht eine endlose Anzahl von Anwendungen.

“Künstler könnten diese Technologie verwenden, um faszinierende Gemälde zu erstellen, die wild unterschiedlich sind, je nachdem, aus welchem Winkel sie betrachtet werden”, sagte Li. “Es wäre wunderbar zu sehen, wie die Wissenschaft in unserer Arbeit mit der Schönheit der Kunst kombiniert werden könnte.”