Απίστευτο! Συνθετικό δέρμα αλλάζει μορφή σαν χταπόδι – Κρύβει μυστικά, αποκαλύπτει εικόνες και μοιάζει… ζωντανό!

Έξυπνο συνθετικό δέρμα που αλλάζει σχήμα και υφή, εμπνευσμένο από τα χταπόδια, ανέπτυξαν ερευνητές του Πανεπιστημίου Penn State, αξιοποιώντας τεχνικές 4D εκτύπωσης. Η ομάδα, υπό την καθοδήγηση του Hongtao Sun, επίκουρου καθηγητή βιομηχανικής και μηχανολογικής μηχανικής, δημιούργησε ένα υλικό που μπορεί να προγραμματιστεί ώστε να εκτελεί πολλαπλές λειτουργίες – από την απόκρυψη ή αποκάλυψη πληροφοριών έως την υποστήριξη συστημάτων μαλακής ρομποτικής.

Η νέα τεχνική βασίζεται σε υδρογέλη, ένα μαλακό και πλούσιο σε νερό υλικό. Σε αντίθεση με τα συμβατικά συνθετικά υλικά, το «έξυπνο δέρμα» μπορεί να προσαρμόζει την εμφάνιση, τη μηχανική συμπεριφορά και την υφή της επιφάνειάς του, αντιδρώντας σε ερεθίσματα όπως θερμότητα, διαλύτες ή μηχανική πίεση.

Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Communications και επιλέχθηκαν για τα Editors’ Highlights.

Έμπνευση από τη φύση

Ο Sun εξήγησε ότι η ιδέα προήλθε από τα κεφαλόποδα, όπως τα χταπόδια, τα οποία μπορούν να αλλάζουν άμεσα την όψη και την υφή του δέρματός τους για να καμουφλάρονται ή να επικοινωνούν. «Cephalopods use a complex system of muscles and nerves to exhibit dynamic control over the appearance and texture of their skin», ανέφερε ο Sun, προσθέτοντας πως η ομάδα του ανέπτυξε ένα σύστημα 4D εκτύπωσης για να αποτυπώσει αυτή την ιδέα σε ένα συνθετικό, μαλακό υλικό.

Ο Sun, που συνεργάζεται επίσης με τα τμήματα βιοϊατρικής μηχανικής και επιστήμης υλικών καθώς και με το Materials Research Institute του Penn State, χαρακτήρισε τη διαδικασία ως 4D εκτύπωση, επειδή τα αντικείμενα που δημιουργούνται δεν είναι στατικά αλλά μεταβάλλονται ενεργά ανάλογα με το περιβάλλον.

Ψηφιακές οδηγίες μέσα στο υλικό

Για να επιτευχθεί αυτή η προσαρμοστικότητα, η ομάδα χρησιμοποίησε τη μέθοδο halftone-encoded printing, η οποία μετατρέπει εικόνες ή υφές σε δυαδικά δεδομένα (0 και 1) που ενσωματώνονται απευθείας στο υλικό. Έτσι, οι ερευνητές μπορούν να «προγραμματίζουν» το πώς θα αντιδρά το δέρμα σε διάφορα ερεθίσματα.

«In simple terms, we’re printing instructions into the material», εξήγησε ο Sun. Οι ενσωματωμένες αυτές οδηγίες καθορίζουν πώς διαφορετικές περιοχές της υδρογέλης θα διογκωθούν, θα συρρικνωθούν ή θα μαλακώσουν όταν εκτεθούν σε θερμότητα, υγρά ή μηχανική δύναμη.

Απόκρυψη και αποκάλυψη εικόνων

Μία από τις πιο εντυπωσιακές εφαρμογές του υλικού ήταν η ικανότητά του να κρύβει ή να αποκαλύπτει οπτικές πληροφορίες. Ο Haoqing Yang, υποψήφιος διδάκτορας και πρώτος συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε ότι η ομάδα κωδικοποίησε την εικόνα της Μόνα Λίζα μέσα στην υδρογέλη. Όταν το υλικό ξεπλενόταν με αιθανόλη, έμοιαζε διάφανο· η εικόνα εμφανιζόταν μόνο όταν ψυχόταν ή θερμαινόταν σταδιακά.

Σύμφωνα με τον Yang, η τεχνική αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για καμουφλάζ ή κρυπτογράφηση πληροφοριών. Επιπλέον, τα κρυμμένα μοτίβα μπορούσαν να ανιχνευθούν και με μηχανική παραμόρφωση, προσθέτοντας ένα επιπλέον επίπεδο ασφάλειας.

Μεταβολή σχήματος χωρίς πολλαπλές στρώσεις

Το «έξυπνο δέρμα» απέδειξε επίσης αξιοσημείωτη ευελιξία, καθώς μπορεί να μετατραπεί από επίπεδη επιφάνεια σε σύνθετα, βιομιμητικά σχήματα με λεπτομερείς υφές. Οι μεταβολές αυτές επιτυγχάνονται αποκλειστικά μέσω των ψηφιακά εκτυπωμένων προτύπων halftone, χωρίς την ανάγκη πολλαπλών στρωμάτων ή διαφορετικών υλικών.

Ο Sun τόνισε ότι, παρόμοια με τα κεφαλόποδα, το συνθετικό δέρμα μπορεί να ελέγχει ταυτόχρονα την εμφάνιση και τη μορφή του μέσα σε ένα ενιαίο, μαλακό υλικό.