Nanomateriaal brengt kleurveranderende eigenschappen naar robots

Een nieuw ontwikkeld folie van goudnanodeeltjes kan robots in staat stellen om camouflage- en huidkleureigenschappen van creaturen zoals kameleons en octopussen over te nemen. Het materiaal is in staat om van kleur te veranderen in reactie op elke soort beweging.

Het materiaal is gemaakt door wetenschappers van de UC Riverside en werd gedocumenteerd in een paper die vorige week in Nature Communications is gepubliceerd.

Dit materiaal is anders dan de andere materialen die worden gebruikt om kleurverandering in de natuur na te bootsen. De folie kan veranderen op basis van elke soort beweging, inclusief buigen en draaien. Dit materiaal kan op de buitenkant van robots worden aangebracht, waardoor ze in staat zijn om in omgevingen te komen die gevaarlijk of onmogelijk zijn voor mensen.

Sommige van deze omgevingen kunnen onderwaterkloven zijn die extreem moeilijk te betreden zijn. Een ander van de mogelijke voordelen van dit materiaal is dat biologen het kunnen gebruiken om dieren in deze omgevingen te bestuderen en de druk die ze ondergaan.

Er zijn andere materialen die kleurveranderende eigenschappen hebben op basis van beweging, maar de folie van goudnanodeeltjes kan worden afgedrukt en geprogrammeerd om complexe patronen weer te geven.

Nanomaterialen en Magneten

Nanomaterialen zijn materialen die zijn gereduceerd tot een extreem kleine grootte. Ze kunnen de grootte van een virus hebben, wat ongeveer tientallen nanometers in breedte en lengte is. Er zijn enkele specifieke materialen, zoals zilver en goud, die kleurveranderende eigenschappen hebben op basis van grootte, vorm en richting.

“In ons geval hebben we goud gereduceerd tot nano-grootte staven. We wisten dat als we de staven in een bepaalde richting konden maken, we de kleur konden controleren,” zei Yadong Yin, een professor in de scheikunde. “Als ze in één richting staan, kunnen ze rood lijken. Beweeg ze 45 graden, en ze veranderen in groen.”

Een van de uitdagingen voor het onderzoeksteam was om miljoenen goudnanostaven te laten zweven in een vloeibare oplossing, evenals om ze allemaal in dezelfde richting te laten wijzen en een uniforme kleur te laten zien.

Om hieromheen te komen, nam het team de grotere goudmagnetnanostaven en fuseerde kleinere staven eraan. Het paar werd vervolgens ingekapseld in een polymeerschild om ze zij aan zij te houden, en vervolgens konden magneten worden gebruikt om de oriëntatie van beide staven te controleren.

“Net zoals wanneer je een magneet boven een stapel naalden houdt, wijzen ze allemaal in dezelfde richting. Dat is hoe we de kleur controleren,” zei Yin.

De nanostaven worden gedroogd tot een dunne folie en stoppen met reageren op magneten nadat hun oriëntatie is vastgesteld.

“Maar als de folie flexibel is, kun je deze buigen en draaien, en zie je nog steeds verschillende kleuren als de oriëntatie verandert,” zei Yin.

https://www.youtube.com/watch?v=-tCWfe6vbY8

Futuristische Robots en Valuta-Authenticatie

Het hoofddoel is om dit materiaal te gebruiken op futuristische robots, maar er zijn ook andere toepassingen. Volgens UC Riverside-chemicus Zhiwei Li, die de eerste auteur van het paper is, kan de folie worden gebruikt in cheques of contant geld en fungeren als een authenticatiekenmerk. Wanneer de folie wordt blootgesteld aan normaal licht, is deze grijs, maar door het gebruik van gepolariseerde lenzen verschijnen ingewikkelde patronen. Beweging zoals draaien kan ook de kleurcontrast van de folie veranderen.

Het onderzoeksteam ziet een eindeloze hoeveelheid toepassingen.

“Kunstenaars kunnen deze technologie gebruiken om fascinerende schilderijen te maken die wild verschillend zijn, afhankelijk van het gezichtspunt van waaruit ze worden bekeken,” zei Li. “Het zou geweldig zijn om te zien hoe de wetenschap in ons werk kan worden gecombineerd met de schoonheid van kunst.”