Chobotnica modrokrúžková inšpiruje kamuflážny a signalizačný systém

Chobotnica modrokrúžková (Hapalochlaena lunulata) používa svalové kontrakcie v zlomku sekundy na zmenu veľkosti a farby svojich prstencových dúhových vzorov kože, aby sa maskovala pred prípadnými predátormi a ako varovný signál pre iné zvieratá. Kontrakcie napínajú alebo stláčajú chromatofóry, malé balónikové pigmentové vaky v koži. Vedci z Kalifornskej univerzity v Irvine, ktorí sa inšpirovali schopnosťou tohto hlavonožca klamať a signalizovať, vytvorili technologickú platformu, ktorá ho napodobňuje.

„Fascinujú nás mechanizmy, ktoré podporujú schopnosť chobotnice modrokrúžkovej rýchlo prepínať kožné znaky medzi skrytými a exponovanými stavmi,“ povedal Alon Gorodetsky, zodpovedajúci autor štúdie. „Pre tento projekt sme pracovali na napodobňovaní prirodzených schopností chobotnice pomocou zariadení z unikátnych materiálov, ktoré sme syntetizovali v našom laboratóriu, a výsledkom je kamuflážny a signalizačný systém inšpirovaný chobotnicou, ktorý sa dá jednoducho vyrobiť a v prevádzke funguje dlhodobo a pri poškodení sa dokáže sám opraviť.“

Táto technológia je svojou konštrukciou veľmi podobná prstencom H. lunulata: horná priehľadná polymérna elektróda vedúca protóny, aktívna vrstva podobná nonacénu, v ktorej zvrásnený modrý krúžok obklopuje plochejší hnedý kruh, spodná akrylová membrána a spodná priehľadná protónovo vodivá polymérová elektróda. Vytvorené molekuly podobné nonacénu sú to, čo pomáha platforme poskytnúť niektoré z jej schopností.

„Pre naše zariadenia sme navrhli molekulu podobnú nonacénu s jedinečnou architektúrou,“ povedal Preeta Pratakshya, hlavný autor štúdie. „Acény sú organické uhľovodíkové molekuly s množstvom výhodných vlastností, vrátane ľahkej syntézy, laditeľných elektronických charakteristík a kontrolovateľných optických vlastností. Naše molekuly podobné nonacénu sú medzi acénami výnimočné, pretože môžu prežiť roky skladovania vo vzduchu a viac ako deň nepretržitého ožarovania jasným svetlom vo vzduchu. Žiadny iný expandovaný acén nevykazuje túto kombinovanú dlhodobú stabilitu v takých drsných podmienkach.“

Okrem toho, že sú odolné, molekuly tiež napĺňajú technológiu ďalšími dôležitými charakteristikami inšpirovanými chobotnicou modrokrúžkovou, vrátane nastaviteľných spektroskopických vlastností, priamej výroby s minimálnym vybavením a stability okolitej atmosféry pri osvetlení.

Systém dôsledne a spoľahlivo menil svoj viditeľný vzhľad počas približne 500 cyklov s minimálnym alebo žiadnym zhoršením funkčnosti v okolitých podmienkach. Preukázal svoje schopnosti v oblasti UV-viditeľného svetla-blízkeho infračerveného žiarenia (UV-Vis-NIR) elektromagnetického spektra, vrátane schopnosti modulovať svetlosť viditeľných farieb, meniť kontrast v blízkej infračervenej oblasti a upravovať intenzitu multispektrálnej fluorescencie. Podľa výskumníkov by táto schopnosť mohla umožniť technológii zamaskovať iné objekty pred detekciou alebo tajne signalizovať pozorovateľom. Výskumníci neočakávane zistili, že technológia sa môže tiež autonómne opraviť bez zásahu používateľa.

„Fotofyzikálna robustnosť a všeobecná spracovateľnosť našej nonacénovej molekuly - a pravdepodobne jej variantov - otvára príležitosti pre budúce skúmanie týchto zlúčenín v kontexte tradičných optoelektronických systémov, ako sú diódy vyžarujúce svetlo a solárne články,“ povedal Gorodetsky.

Vedci tvrdia, že ich ľahko vyrobiteľná technológia by mohla mať uplatnenie v armáde, medicíne, robotike a oblasti udržateľnej energie. A jej škálovateľnosť znamená, že sa dá použiť na pokrytie veľkých oblastí, ako sú vozidlá, billboardy a dokonca aj budovy. Štúdia bola nedávno publikovaná v magazíne Nature Communications. Video, ktoré si môžete pozrieť na začiatku článku alebo priamo TU, porovnáva schopnosti chobotnice modrokrúžkovej meniť farbu s bioinšpirovanou technológiou.