Инженеры перепрофилируют 19-й

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Представьте себе, что вы растягиваете кусок пленки, чтобы раскрыть скрытое послание. Или проверьте цвет повязки на руку, чтобы измерить мышечную массу. Или носите купальник, который меняет оттенок во время круга. Подобные хамелеонам, меняющие цвет материалы могут появиться на горизонте благодаря фотографической технике, возрожденной и перепрофилированной инженерами Массачусетского технологического института.

Применяя технику цветной фотографии XIX века к современным голографическим материалам, команда Массачусетского технологического института напечатала крупномасштабные изображения на эластичных материалах, которые при растяжении могут менять свой цвет, отражая волны разной длины по мере растяжения материала.

Исследователи создали эластичные пленки, на которых были напечатаны подробные цветочные букеты, оттенки которых менялись от теплых к более холодным, когда пленку растягивали. Они также напечатали пленки, на которых видны отпечатки таких предметов, как клубника, монета и отпечаток пальца.

Результаты команды обеспечивают первую масштабируемую технологию производства детализированных крупномасштабных материалов со «структурным цветом» — цветом, который возникает в результате микроскопической структуры материала, а не из-за химических добавок или красителей.

«Масштабирование этих материалов — нетривиальная задача, потому что вам нужно контролировать эти структуры на наноуровне», — говорит Бенджамин Миллер, аспирант факультета машиностроения Массачусетского технологического института. «Теперь, когда мы преодолели это препятствие масштабирования, мы можем изучить такие вопросы, как: можем ли мы использовать этот материал для создания кожи робота, которая имеет человеческое осязание? И можем ли мы создать сенсорные устройства для таких вещей, как виртуальная дополненная реальность?» или медицинское образование? Мы сейчас рассматриваем это большое пространство».

Результаты команды опубликованы сегодня в журнале Nature Materials. Соавторами Миллера являются студентка Массачусетского технологического института Хелен Лю и Матиас Колле, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института.

Голограмма случайность

Группа Колле разрабатывает оптические материалы, вдохновленные природой. Исследователи изучили светоотражающие свойства раковин моллюсков, крыльев бабочек и других переливающихся организмов, которые мерцают и меняют свой цвет из-за микроскопических поверхностных структур. Эти структуры расположены под углом и многослойны, чтобы отражать свет, как миниатюрные цветные зеркала или то, что инженеры называют отражателями Брэгга.

Группы, в том числе Колле, стремились воспроизвести этот естественный структурный цвет в материалах, используя различные методы. Некоторые усилия позволили получить небольшие образцы с точной наноразмерной структурой, в то время как другие создали образцы большего размера, но с меньшей оптической точностью.

Как пишет команда, «подход, который предлагает как [микромасштабный контроль, так и масштабируемость], остается неуловимым, несмотря на несколько потенциальных высокоэффективных приложений».

Размышляя над тем, как решить эту проблему, Миллер случайно посетил Музей Массачусетского технологического института, где куратор рассказал ему о выставке, посвященной голографии — технике, позволяющей создавать трехмерные изображения путем наложения двух световых лучей на физический материал.

«Я понял, что то, что они делают в голографии, — это примерно то же самое, что природа делает со структурным цветом», — говорит Миллер.

Этот визит побудил его прочитать о голографии и ее истории, которая привела его обратно в конец 1800-х годов, а также о фотографии Липпмана — ранней технике цветной фотографии, изобретенной франко-люксембургским физиком Габриэлем Липпманом, который позже получил Нобелевскую премию по физике за техника.

Липпманн создавал цветные фотографии, сначала помещая зеркало за очень тонкую прозрачную эмульсию — материал, который он создал из крошечных светочувствительных зерен. Он подверг установку лучу света, который зеркало отразило обратно через эмульсию. Интерференция входящих и исходящих световых волн стимулировала зерна эмульсии менять свое положение, как множество крошечных зеркал, и отражать структуру и длину волны экспонирующего света.