Nano blækspruttehud:DOD tildeler $ 6 millioner til forskning i metamaterialer

Nanoteknologer, havbiologer og signalbehandlingseksperter fra Rice University, det marine biologiske laboratorium i Woods Hole, Masse., og andre amerikanske universiteter har vundet et tilskud på $ 6 millioner fra Office of Naval Research for at låse hemmelighederne op for naturens bedste camouflage -kunstnere. Ultimativt, teamet håber at skabe "metamaterialer", der efterligner nogle af de elegante hudfarver og mønstre produceret af havdyr.

"Vores interne kaldenavn for dette projekt er 'blækspruttehud, 'men det handler virkelig om grundforskning, "sagde Naomi Halas, en pioner inden for nano-optik hos Rice og hovedforsker på det fireårige tilskud. "Vores leverbare er viden - de grundlæggende opdagelser, der gør det muligt for os at lave materialer, der er iagttagende, tilpasningsdygtige og lydhøre over for deres miljø. "

Halas sagde, at projektet var inspireret af det banebrydende arbejde fra tilskudsmedforsker Roger Hanlon, en Woods Hole havbiolog, der har brugt mere end tre årtier på at studere klassen af ​​dyr kaldet blæksprutter, der inkluderer blæksprutter, blæksprutte og blæksprutte. En af Hanlons mange opdagelser er, at blækspruttehud indeholder opsins, den samme type lysfølende proteiner, der fungerer i øjnene.

"Tilstedeværelsen af ​​opsin betyder, at de har en eller anden primitiv synsføler indlejret i deres hud, "Sagde Halas." Så de spørgsmål, vi har, er:'Hvad kan vi, som ingeniører, lære af den måde, hvorpå disse dyr opfatter lys og farve? Spiller deres hjerner en rolle, eller er dette helt downloadet i huden, så det ikke bruger animalsk CPU -tid? "

Halas sagde, at projektet har flere spor. Holdets havbiologer - Hanlon og Thomas Cronin fra University of Maryland, Baltimore County - vil undersøge, hvordan blæksprutter fornemmer og bruger lys til at regulere deres huds mønstre, farver og kontraster.

"Dette projekt vil sætte os i stand til at udforske en spændende ny metode til visionforskning - distribueret lysfølelse i hele huden, "Hanlon sagde." Hvordan og hvor den visuelle information bruges af nervesystemet, vil sandsynligvis afsløre nogle nye neurale kredsløb. "

Det vil være op til teamets ingeniører at prøve at efterligne blækspruttehud ved hjælp af nye metamaterialer, materialer, der slører grænsen mellem materiale og maskine. Halas sagde, at gruppen planlægger at bruge mønstre af organiserede nanostrukturer til at oprette arkark, der hurtigt kan ændre farver-som pixel på en HD-tv-skærm-men som også kan "se" lys på samme måde som blækspruttehud gøre. En nøglekomponent i materialet vil være unikke klynger af nanomaterialer opdaget af ris -kemiker Stephan Link, en medforsker om tilskuddet. Halas sagde, at Links materialer er meget følsomme over for ændringer i deres miljø og lettere kan ændre farver end andre nanomaterialer.

En anden type nanopartikel vil sandsynligvis blive brugt til lysmåling, og teamet har også brug for en kontrolmekanisme, et system til behandling af indgående lyssignaler og generering af camouflage output. Medforsker Peter Nordlander, en risfysiker, vil arbejde med optik, og materialeforsker John Rogers, en medforsker ved University of Illinois, hjælper med at bringe alt sammen til en pakke, der er stor nok til at blive set uden et mikroskop.

"Dette er et iboende tværfagligt problem, "Sagde Halas." Ingen kommer til at forstå dette, medmindre du har havbiologer, der taler detaljeret til systemingeniører, der taler detaljeret til nanoteknologer, der taler detaljeret til de mennesker, der integrerer alt. Der skal være en stærk dialog mellem alle. "

Halas sagde, at den største overraskelse hidtil har været den nære affinitet, der er udviklet mellem Hanlon og Rice-signalbehandlingsekspert Rich Baraniuk, lederen af ​​teamets systemtekniske indsats.

"Man skulle tro, at anvendte matematikere og havbiologer næsten ikke ville have noget til fælles, "sagde hun." Men de har mere tilfælles end os andre. De tænker stort set på de samme problemer, men de tænker på dem fra meget forskellige synsvinkler. "