Ученые из России создали синтетический аналог "кожи хамелеона"

Физики из России и ряда зарубежных стран создали гибкий материал, способный менять цвет подобно коже хамелеона, используя полимерные материалы нового поколения. Рецепт по ее изготовлению был опубликован в журнале Science.

"Пока рано говорить о том, можно ли будет создавать мягкие ткани и кожу конкретно из этого материала, но технология управления механическими свойствами через структуру полимерных цепочек может пригодиться для этой цели", — пишут Дмитрий Иванов из МГУ имени М.В. Ломоносова и его коллеги, создавшие первый синтетический аналог "хамелеоновой кожи".

Кожа хамелеонов давно вызывала интерес у физиков и других ученых. Только недавно они обнаружили, что камуфляж этих ящеров построен на базе "высоких технологий", фотонных нанокристаллов, оптическими свойствами которых животное может свободно управлять. Для этого хамелеон просто растягивает свою кожу, увеличивая расстояния между кристаллами и заставляя свет по-другому взаимодействовать с ними.

За последние годы, как отмечает Иванов, ученым удалось создать несколько материалов, которые ведут себя похожим образом. У всех них был один общий недостаток — они не были гибкими, подобно коже хамелеона, и не могли растягиваться или сжиматься. Это делало их бесполезными для создания систем активного камуфляжа или устройств, передающих или обрабатывающих данные.

Российские ученые и их зарубежные коллеги смогли решить эту проблему, создав особый полимерный материал, который не теряет своей прочности при растягивании и ведет себя примерно так же, как настоящая кожа.

Его основой служат так называемые эластомеры – особый тип полимеров, к числу которых относится обычная резина. Они состоят из множества параллельных нитей вещества, тесно переплетенных друг с другом, но не соединенных прочными связями. Благодаря этому они легко растягиваются и сжимаются, и затем возвращаются к прежней форме при исчезновении источника деформаций.

У них есть один большой недостаток – их прочность заметно снижается при растягивании, что не позволяет использовать их в качестве аналогов кожи. Иванов и его коллеги смогли ликвидировать этот недостаток, покрыв одиночные эластомерные нити другими молекулами. Это сделало их похожими на ершики для посуды или ванной, прикрепленные к своеобразным "колючим шарикам".

Эти части полимерных нитей, как рассказывают ученые, обладают разными физическими свойствами – "шарики" обладают высокой жесткостью и удерживают всю конструкцию от распада, а "ершики" – делают ее мягкой и пластичной. Меняя их размеры и расстояние между отдельными элементами этих структур, ученые могут гибко менять то, как они реагируют на растягивание и сжатие и прочие деформации.

Экспериментируя с подобным "заменителем кожи", российские физики заметили, что они обладают еще одним интересным свойством – "шарики" взаимодействуют со светом примерно так же, как фотонные кристаллы на коже хамелеонов. Соответственно, при растягивании подобного полимера он меняет свет, что можно использовать для создания систем камуфляжа.

Помимо этого, подобный материал может найти применение в медицинской промышленности, в качестве основы для изготовления различных протезов и гибких имплантов, не отличающихся по своим механическим свойствам от тканей тела человека. Разработка этого материала стала возможной благодаря гранту Российского научного фонда.