Gebaseerd op een onverwachte ontdekking heeft een onderzoeksteam van Stanford University onlangs een nieuw nanofotonisch polymeer 'metasurface'-materiaal ontwikkeld dat de kleur en oppervlaktetextuur onder externe stimulatie kan veranderen en indien nodig in zijn oorspronkelijke staat kan herstellen. Het wordt als veelbelovend beschouwd voor geavanceerde toepassingen zoals bionische "kunstmatige huid", milieubewuste robots en geavanceerde camouflage.
De onderzoekers gebruikten een polymeer dat eerder werd gebruikt in zonnepanelen en printbare elektronica om nanogestructureerde metasurfaces te creëren met behulp van elektronenbundellithografie, een techniek die gebruikelijk is bij de productie van halfgeleiders. Bij het observeren van deze nanostructuren met een scanning-elektronenmicroscoop ontdekte het team onverwacht een belangrijk kenmerk van het materiaal: het zwelt op als het in contact komt met water, en de microstructuur van het oppervlak verandert dienovereenkomstig, waardoor het materiaal verschillende kleuren en texturen kan vertonen; en na contact met bepaalde oplosmiddelen (zoals oplosmiddelen op alcoholbasis) kan het materiaal terugkeren naar de oorspronkelijke staat.
Volgens het onlangs gepubliceerde artikel is dit metasurface het eerste polymeermateriaal dat tegelijkertijd van kleur en oppervlaktetextuur kan veranderen, aangedreven door de vraag, en het gedrag ervan lijkt sterk op de huid van koppotigen zoals octopussen. Deze organismen kunnen de kleur en ruwheid van het lichaamsoppervlak veranderen door de microstructuur in de huid aan te passen voor complexe functies zoals camouflage en communicatie, en dit nieuwe materiaal vertoont vergelijkbare "aanpasbare huid" -mogelijkheden in kunstmatige systemen.
Siddharth Doshi, een doctoraalstudent aan Stanford's Materials Science and Engineering major en de eerste auteur van het artikel, zei dat het team zich realiseerde dat ze elektronenbundels konden gebruiken om de morfologie van het materiaaloppervlak op extreem fijne schaal nauwkeurig te controleren om de absorptie-eigenschappen van vloeistoffen en de manier waarop het licht verstrooit aan te passen. Op basis hiervan ontwierpen de onderzoekers een verscheidenheid aan microscopische texturen, zodat het materiaal na contact met vocht selectief licht kan verstrooien tot een hoogglanzend of matachtig effect, waardoor de visuele effecten realistischer worden weergegeven dan de huidige smartphone- en computerschermen.
Ondanks zijn uitstekende optische en tactiele uiterlijkcontrolemogelijkheden zal dit materiaal de bestaande digitale displaytechnologie op korte termijn niet vervangen. Het onderzoeksteam besteedt momenteel meer aandacht aan de richtingen van robotica, draagbare apparaten, bio-engineering en camouflagesystemen, zoals het voorzien van flexibele robots met schelpen die zowel de omgeving kunnen "voelen" als hun uiterlijk actief kunnen veranderen, of het ontwikkelen van meer realistische en feedback-compatibele "elektronische skins" voor medische behandeling en mens-computerinteractie.
In de volgende stap zijn de onderzoekers ook van plan kunstmatige intelligentiemethoden zoals neurale netwerken te introduceren om deze polymeerhuid uit te rusten met een automatisch aanpassingsmechanisme. Het beoogde systeem kan de optische kenmerken van het materiaaloppervlak in realtime vergelijken met de omringende omgeving en de kleur en textuur autonoom aanpassen zonder handmatige tussenkomst, waardoor werkelijk intelligente camouflage of adaptieve uiterlijkcontrole wordt bereikt.