Nanomaterial förändrar färgen och ger robotar kamouflageegenskaper

En nyutvecklad film gjord av guld nanopartiklar kan ge robotar förmågan att anta samma typ av kamouflage och hudfärg som vissa djur, som kameler och bläckfiskar. Materien kan förändra färgen i samband med alla typer av rörelser.

Materien skapades av forskare vid UC Riverside och dokumenterades i en artikel som publicerades i Nature Communications förra veckan.

Denna material skiljer sig från andra material som används för att efterlikna färgförändringar i naturen. Filmen kan förändra färgen baserat på alla typer av rörelser, inklusive böjning och vridning. Denna material kan appliceras på utsidan av robotar, vilket möjliggör för dem att gå in i miljöer som är farliga eller omöjliga för människor.

Vissa av dessa miljöer kan inkludera platser som undervattenssprickor som är extremt svåra att nå. En annan möjlig fördel med denna material är att biologer kan använda den för att lära sig om djur i dessa miljöer och de tryck de utsätts för.

Det finns andra material som har färgförändrande egenskaper baserat på rörelse, men filmen av guld nanopartiklar kan skrivas ut och programmeras för att visa komplexa mönster.

Nanomaterial och magnetism

Nanomaterial är material som har minskats till att vara extremt små. De kan vara storleken på ett virus, som är cirka tiotals nanometer i bredd och längd. Det finns vissa specifika material, som silver och guld, som har färgförändrande egenskaper baserat på storlek, form och riktning.

“I vårt fall minskade vi guldet till nano-storleksstavar. Vi visste att om vi kunde göra stavarna peka i en specifik riktning, kunde vi kontrollera deras färg”, sa Yadong Yin, en kemiprofessor. “Om de vetter i en riktning, kan de se röda ut. Flytta dem 45 grader, och de förändras till gröna.”

En av utmaningarna för forskarteamet var att få miljontals guld nanostavar att flyta i en vätske-lösning, samt att få dem alla att peka i samma riktning och visa en enhetlig färg.

För att komma runt detta, tog teamet de större guld magnetiska nanostavarna och fusionerade mindre på dem. Paret kapslades sedan in i ett polymer-skydd för att hålla dem sida vid sida, och sedan kunde magnetism användas för att kontrollera orienteringen av båda stavarna.

“Liksom om du håller en magnet över en hög med nålar, pekar de alla i samma riktning. Det är så vi kontrollerar färgen”, sa Yin.

Nanostavarna torkas till en tunn film och slutar svara på magnetism efter att deras orientering har fastställts.

“Men, om filmen är flexibel, kan du böja och rotera den, och kommer fortfarande att se olika färger när orienteringen förändras”, sa Yin.

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

Framtida robotar och valutaautentisering

Det primära målet är att använda denna material på framtida robotar, men det finns också andra tillämpningar. Enligt UC Riverside kemist Zhiwei Li, som är den första författaren av artikeln, kan filmen användas i checkar eller kontanter och fungera som en autentiseringsfunktion. När filmen utsätts för normal belysning är den grå, men med hjälp av polariserade linser visas elaborerade mönster. Rörelse som t.ex. vridning kan också förändra färgkontrasten i filmen.

Forskningsgruppen ser en oändlig mängd tillämpningar.

“Konstnärer kunde använda denna teknik för att skapa fascinerande målningar som är vilt olika beroende på vinkeln från vilken de ses”, sa Li. “Det vore underbart att se hur vetenskapen i vårt arbete kunde kombineras med skönheten i konsten.”