Кожа кальмаров вдохновила учёных на создание адаптивного материала для космических одеял и не только

Алон Городецкий и Эрика Лэун демонстрируют новый адаптивный материал.

Алон Городецкий и Эрика Лэун демонстрируют новый адаптивный материал.
Фото Steve Zylius/UCI.

Кальмары, осьминоги и каракатицы известны своей способностью изменять цвет кожи, и исследователи давно используют принципы природного камуфляжа для создания новых маскировочных материалов.

Но это не единственная возможная сфера применения уникальных уловок, придуманных природой. Так, "дизайн" кожи головоногих моллюсков вдохновил учёных из Калифорнийского университета в Ирвайне на создание нового гибкого материала, который послужит для изготовления адаптивных космических одеял.

Поясним, что в ряде экстренных случаев для спасения жизни человека необходимо временно уменьшить теплопотери его тела. Для этого и нужны космические одеяла, обладающие теплоизоляционными свойствами. Как правило, они включаются в аптечки первой помощи медиков и спасателей.

"Сверхлёгкие космические одеяла существуют уже десятки лет. Часто можно наблюдать, как марафонцы заворачиваются в них, чтобы предотвратить потерю тепла после гонки, – приводит пример один из ведущих авторов новой работы Алон Городецкий (Alon Gorodetsky). – Но главный недостаток состоит в том, что материал [для их изготовления] статичен. Мы сделали версию с изменяемыми свойствами, чтобы можно было регулировать, сколько тепла задерживается или высвобождается".

Команда Городецкого давно изучает кожу головоногих и ищет "биологические подсказки" для создания новых разработок. Ранее, к примеру, научная группа представила инновационное камуфляжное покрытие, делающее солдат невидимыми для приборов ночного видения и тепловизоров.

В ходе новой работы исследователи вновь решили использовать "хроматофорную концепцию".

Хроматофоры – это пигментсодержащие и светоотражающие клетки, расположенные на коже головоногих моллюсков. Они окружены многочисленными мышечными и нервными клетками, а внутри имеют так называемые мешочки, содержащие пигменты. Деформация таких мешочков – в частности, переход от мелких точечных структур к конфигурации сплющенных дисков – приводит к изменению оптических свойств кожи.

"Мы используем аналогичную концепцию в нашей работе. У нас есть слой крошечных металлических "островков", которые граничат друг с другом. В состоянии покоя они сгруппированы вместе, и материал отражает тепло, как традиционное майларовое космическое одеяло. Когда же материал растягивается, "островки" раздвигаются, пропуская инфракрасное излучение", – поясняет ведущий автор исследования Эрика Лэун (Erica Leung).

Она отмечает и другие преимущества нового материала: малый вес, долговечность, низкую стоимость производства, а также высокую гибкость. По словам Лэун, новинку можно растягивать и возвращать в исходное состояние тысячи раз.

По мнению специалистов, разработка может иметь массу применений, помимо изготовления космических одеял. К примеру, адаптивные покрытия могут защищать от холода или жары здания, остановки общественного транспорта и "шатры" торговцев на улицах. Кроме того, новый материал может предотвратить сбои в работе чувствительной электроники.

Другая сфера применения – создание "настраиваемой" одежды. Особенно актуальны такие разработки для спортсменов и туристов, а также для людей, чувствительных к низким или высоким температурам.

По словам Городецкого, использование в повседневной жизни одежды, обеспечивающей комфортный теплообмен для каждого конкретного человека, потенциально может сэкономить 30-40% электроэнергии, уходящей на отопление и кондиционирование помещений.

Чтобы продемонстрировать функциональность подобной одежды, учёные создали рукав из нового материала, который можно растянуть и вернуть в исходное положение, зафиксировав с помощью липучек. В ходе экспериментов такой рукав помог контролировать температуру предплечья человека.

Подробнее о новой разработке рассказывается в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о растягивающихся дисплеях а-ля кожа кальмара и о программируемых синтетических материалах а-ля мышцы осьминога. А другие животные вдохновили исследователей на создание гибкой брони.