Ingeniører udvikler et programmerbart camouflerende materiale inspireret af blækspruttehud

Til blæksprutten og blæksprutten, Øjeblikkeligt at ændre deres hudfarve og mønster for at forsvinde ind i miljøet er blot en del af deres camouflageevner. Disse dyr kan også hurtigt og reversibelt forvandle deres hud til en tekstureret, 3D overflade, at give dyret et pjaltet omrids, der efterligner tang, koral, eller andre genstande, den registrerer og bruger til camouflage.

Denne uge, ingeniører ved Cornell University rapporterer om deres opfindelse af strækbare overflader med programmerbar 3D-teksturmorphing, et syntetisk "camouflerende skind" inspireret af at studere og modellere den ægte vare i blæksprutte og blæksprutte. Ingeniørerne, sammen med samarbejdspartner og blækspruttebiolog Roger Hanlon fra Marine Biological Laboratory (MBL), Woods Hole, rapport om deres kontrollerbare bløde aktuator i 13. oktober-udgaven af Videnskab .

Anført af James Pikul og Robert Shepherd, holdets pneumatisk aktiverede materiale tager udgangspunkt i 3D-bumpene, eller papiller, at blæksprutter kan udtrykke på en femtedel af et sekund for dynamisk camouflage, og derefter trække sig tilbage for at svømme væk uden at papiller påfører hydrodynamisk træk.

"Mange dyr har papiller, men de kan ikke forlænge og trække dem tilbage med det samme, som blæksprutter og blæksprutter gør, " siger Hanlon, der er den førende ekspert i blæksprutter dynamisk camouflage. "Disse er bløddyr uden en skal; deres primære forsvar er deres modne hud."

Papiller er eksempler på en muskulær hydrostat, biologiske strukturer, der består af muskler uden skeletstøtte (såsom den menneskelige tunge). Hanlon og medlemmer af hans laboratorium, inklusive Justine Allen, nu på Brown University, var de første til at beskrive strukturen, fungere, og biomekanik af disse morphing 3D papiller i detaljer.

"Frihedsgrader i papillesystemet er virkelig smukke, " siger Hanlon. "I den europæiske blæksprutte, der er mindst ni sæt papiller, der styres uafhængigt af hjernen. Og hver papille går fra en lejlighed, 2D overflade gennem et kontinuum af former, indtil den når sin endelige form, som kan være koniske eller som trilobes eller en af ​​et dusin mulige former. Det afhænger af, hvordan musklerne i hydrostaten er arrangeret." Ingeniørernes gennembrud var at udvikle syntetiske vævsgrupperinger, der tillader programmerbare, 2D-strækbare materialer til både at udvide og trække en række 3D-målformer tilbage.

"Ingeniører har udviklet en masse sofistikerede måder at kontrollere formen på bløde, strækbare materialer, men vi ønskede at gøre det på en enkel måde, der var hurtig, stærk, og nem at kontrollere, " siger hovedforfatter James Pikul, i øjeblikket assisterende professor i Institut for Mekanisk Teknik og Anvendt Mekanik ved University of Pennsylvania. "Vi blev tiltrukket af, hvor succesrige blæksprutter er til at ændre deres hudtekstur, så vi studerede og hentede inspiration fra musklerne, der gør det muligt for blæksprutter at kontrollere deres tekstur, og implementerede disse ideer i en metode til at kontrollere formen af ​​bløde, strækbare materialer."

"Dette er et klassisk eksempel på bio-inspireret teknik" med en række potentielle anvendelser, Hanlon siger. For eksempel, materialet kunne modificeres kontrollerbart til at reflektere lys i dets 2D-rum og absorbere lys i dets 3D-former. "Det ville have applikationer i enhver situation, hvor du ønsker at manipulere temperaturen på et materiale, " han siger.

Blæksprutter og blæksprutter udtrykker kun papiller til camouflageformål, Hanlon siger, og ikke til bevægelse, seksuel signalering, eller aggression. "For hurtig svømning, dyret ville have gavn af glat hud. Til seksuel signalering, den vil ikke ligne en stor gammel vorte; den vil gerne se attraktiv ud, som en sej kammerat. Eller hvis den ville føre en kamp, Papillerne ville ikke være et godt billede at sætte ind i kampen. Signalering, Per definition, skal være meget iøjnefaldende, entydige signaler. Papillerne ville kun gøre det modsatte!"