Nanomaterial ger färgskiftande egenskaper åt robotar

En nyligen utvecklad film gjord av guld nanopartiklar kan tillåta robotar att anta samma typ av kamouflage och hudfärgsegenskaper som varelser som kameler och bläckfiskar. Materalet är kapabelt att ändra färg i svar på alla typer av rörelse. 

Materalet skapades av UC Riverside-forskare och det dokumenterades i en artikel publicerad i Nature Communications förra veckan.

Detta material skiljer sig från andra som används för att imitera färgskiftning i naturen. Filmen kan ändra baserat på alla typer av rörelse, inklusive böjning och vridning. Detta material kan appliceras på utsidan av robotar, vilket tillåter dem att gå in i miljöer som är farliga eller till och med omöjliga för människor. 

Några av dessa miljöer kan inkludera platser som undervattenssprickor som är extremt svåra att komma in i. En annan av de möjliga fördelarna med detta material är att biologer kan använda det för att lära sig om djur i dessa miljöer och de tryck de utsätts för. 

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

Nanomaterial och magneter

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 färgskiftande egenskaper baserat på storlek, form och den riktning de vetter mot. 

“I vårt fall minskade vi guld till nano-storlek stav. 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 åt ett håll, kan de se röda ut. Flytta dem 45 grader, och de ändrar till gröna.”

En av utmaningarna för forskarteamet var att få miljontals guld nanostavar att flyta i en vätskelösning, 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 magnet nanostavarna och smälte samman dem med mindre. Paret kapslades sedan in i ett polymer skydd för att hålla dem sida vid sida, och sedan kunde magneter användas för att kontrollera orienteringen av båda stavarna.

“Bara som 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 magneter efter att deras orientering har fastställts på plats. 

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

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

Framtida robotar och valutaautentisering

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

Forskarteamet ser en oändlig mängd tillämpningar. 

“Artister 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.”