لباسی که سربازان را در برابر دید حرارتی نامرئی می‌کند!
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه کالیفرنیا، ایروین، با همکاری آزمایشگاه زیست‌شناسی دریایی (MBL) در وودز هول، ماساچوست، اولین تصاویر سه‌بعدی از سلول‌هایی را ثبت کرده‌اند که به ماهی مرکب باله بلند ساحلی (Doryteuthis pealeii) اجازه می‌دهد از حالت شفاف شیشه‌ای به حالت رنگی واضح تغییر رنگ دهد.
گوشته این ماهی مرکب اقیانوس اطلس مملو از سلول‌های بازتابنده نور به نام ایریدوفور‌ها (یا ایریدوسیت‌ها) است. در داخل هر ایریدوفور، تیم تحقیقاتی ستون‌های محکم و پیچ خورده‌ای از پروتئین بازتابنده را مشاهده کرد. این ستون‌ها که مانند بازتابنده‌های طبیعی براگ عمل می‌کنند، نحوه پراکندگی نور ورودی را به دقت تنظیم می‌کنند و به حیوان اجازه می‌دهند تا رنگ‌های درخشان را بر اساس نیاز تنظیم کند.
آلون گورودتسکی، دانشیار مهندسی شیمی و زیست‌مولکولی در دانشگاه کالیفرنیا، ایروین و از نویسندگان این مطالعه، گفت: توانایی ماهی مرکب در گذار سریع و برگشت‌پذیر از حالت شفاف به رنگی قابل توجه است. ما دریافتیم که سلول‌های حاوی ساختار‌های ستونی زیرسلولی تخصصی با توزیع ضریب شکست سینوسی، ماهی مرکب را قادر می‌سازند تا به چنین شاهکار‌هایی دست یابد.
گروه گورودتسکی از طریق راجر هانلون، دانشمند ارشد MBL و یکی از نویسندگان این مطالعه، به این حیوانات دسترسی پیدا کردند. MBL بیش از یک قرن را صرف تشریح رنگ‌آمیزی سرپایان کرده و تخصص کلیدی در مورد ساختار بافت ایریدوفور ارائه داده است.
چرخاندن ستون‌های بازتابی زیر میکروسکوپ
برای حل معماری داخلی هر ایریدوفور، محققان به هولوتوموگرافی، یک تکنیک تصویربرداری فاز کمی با شدت کم که یک نقشه ضریب شکست سه‌بعدی از تغییرات ظریف در نور عبوری می‌سازد، روی آوردند.
گئورگی بوگدانوف، نویسنده‌ی همکار و محقق فوق دکترا در دانشگاه کالیفرنیا، ایروین، توضیح داد: «هولوتوموگرافی از ضریب شکست بالای پروتئین‌های بازتابنده برای آشکار کردن وجود توزیع‌های سینوسی ضریب شکست در سلول‌های ایریدوفور ماهی مرکب استفاده کرد.
تصاویر، ستون‌های پلاکتی بازتابنده را نشان می‌دادند که از هر ایریدوفور عبور می‌کردند و تأیید می‌کردند که این ساختار‌های نانومقیاس، انعکاس و انتقال نور را در سراسر پوست کنترل می‌کنند. این تیم با نقشه‌برداری از نحوه پیچش و بسته شدن ستون‌ها، دقیق‌ترین توضیح را برای مدولاسیون سریع رنگ ماهی مرکب ارائه داد.
کامپوزیت الهام گرفته از طبیعت، استتار قابل تنظیم و موارد دیگر را ارائه می‌دهد
محققان با تکیه بر این بینش‌ها، در مجله Science توضیح دادند که چگونه یک کامپوزیت انعطاف‌پذیر را مهندسی کرده‌اند که محدوده نوری ماهی مرکب را تقلید و گسترش می‌دهد. این ماده، بازتابنده‌های براگ سینوسی نانوستونی را که بر اساس ساختار‌های بازتابنده مدل‌سازی شده‌اند، با فیلم‌های فلزی فوق نازک که کنترل مادون قرمز را اضافه می‌کنند، ترکیب می‌کند.
تحت کشش، خم شدن یا تغییرات محیط، این کامپوزیت می‌تواند ظاهر خود را در باند‌های مرئی و مادون قرمز تغییر دهد و آن را برای استتار تطبیقی، نمایشگر‌های چندطیفی، منسوجات هوشمند و پوست‌های مدیریت حرارتی مناسب سازد.
الکساندرا استرزلسکا، نویسنده‌ی همکار و دانشجوی دکترا در مهندسی شیمی و بیومولکولی، گفت: این مواد الهام‌گرفته از طبیعت فراتر از کنترل رنگ استاتیک ساده عمل می‌کنند، زیرا می‌توانند به صورت پویا ظاهر خود را در طول موج‌های مرئی و مادون قرمز در پاسخ به محرک‌های محیطی یا مکانیکی تنظیم کنند.
او خاطرنشان کرد که روش‌های ساخت ذاتاً مقیاس‌پذیر هستند و این تیم قبلاً آرایه‌های بزرگی تولید کرده است که قابلیت‌های نوری طبیعی ماهی مرکب را تقلید کرده و حتی فراتر از آن عمل می‌کنند.
گورودتسکی افزود که همین اصول طراحی می‌تواند دستگاه‌هایی از لیزر‌ها و فیلتر‌های فیبر نوری گرفته تا پوشش‌های فتوولتائیک و حسگر‌های شیمیایی را تیزتر کند.
او گفت: ما احتمالاً تازه شروع به کاوش در مورد مواد نوری قابل تنظیم الهام گرفته از سفالوپود‌ها در آزمایشگاه خود کرده‌ایم.
دیگر همکاران شامل سانگ‌هون لی، محقق پسادکترا، نیکهیل کایمال، دانشجوی دکترا، و استفن سنفت، پژوهشگر MBL، هستند. آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی و دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی از این کار حمایت کردند.