Высокая чувствительность растений-мухоловок (например, Dionaea muscipula) позволяет им быстро реагировать на своих жертв. Если насекомое касается створок мухоловки, то растение немедленно их закрывает. Такое поведение, характерное для живой природы, важно и для современных технологий, в которых также требуется быстрое реагирование на внешние условия.
Подобные механизмы "разрабатывались" природой достаточно долго и в разных условиях. Потому-то такие формы поведения, проверенные многими тысячами и миллионами лет работы, и интересуют учёных. В науке даже появилась такая отрасль, как биомиметика.
Итак, вдохновившись примером всяких росянок и прочей хищной травы, учёные решили воспроизвести их поведение на наноуровне.
За работу взялись специалисты из американских лабораторий Белла (Bell Laboratories) и из германского института Макса Планка коллоидов и поверхностей (Max-Planck-Institut fr Kolloid— und Grenzflchenforschung — MPIKG). Изобретение, которое у них получилось, по поведению чем-то похоже на мухоловку.
Разработка представляет собой необычный материал: мало того, что он реализован на наноуровне, так ещё и является гибридным. "Его особенность в том, что это комбинация твёрдых элементов – кремниевых игл — с мягким гелем, приводящим их в движение", — поясняет профессор Петер Фратцл (Peter Fratzl), директор MPIKG, принимавший участие в исследовании.
Гидрогель – это основная часть материала. Его свойства не постоянны, они меняются в зависимости от содержания воды в окружающем воздухе. Если влажность атмосферы меняется, то поверхность геля либо сжимается, либо расширяется. При этом иголки приходят в движение и меняют пространственную ориентацию.
На основе этого несложного принципа специалисты создали две модификации материала: HAIRS-1 и HAIRS-2.
В HAIRS-1 иглы расположены параллельно друг другу и находятся в геле. При сжатии поверхности гель наклоняет их в определённую сторону – то есть работает как своего рода наномышца.
В отличие от HAIRS-1, в HAIRS-2 иглы не просто "воткнуты" в гель, а укреплены на подложке. Из-за этого под действием сжимающегося геля они начинают гнуться, притягиваясь друг к другу. В зависимости от способа расположения игл они ведут себя по-разному, формируя различные узоры.
Минимальная конфигурация напоминает четырёхпалую кисть руки с пальцами, растопыренными вниз, а более сложные сами исследователи сравнивают с полем распускающихся микроцветов. Очень романтично, хотя и не ново. Важно то, что и иглы и в первой, и во второй модификациях могут возвращаться в исходное состояние и занимать любое промежуточное – для этого необходимо лишь управлять влажностью воздуха.
Об изобретении учёные рассказали в статье, опубликованной в журнале Science.
Между прочим, не всё понятно с источником вдохновения. Похоже, что их несколько, и все они – в живом мире.
Структуры, обладающие высокой жёсткостью, но позволяющие менять параметры конструкции, были изобретены в прошлом веке Ричардом Бакминстером Фуллером (Richard Buckminster Fuller — о его выдумках мы рассказывали тут). Интересно, что впоследствии биологи признали: именно по такому принципу строятся живые клетки.
Автомобили
Наука