纳米材料赋予机器人变色龙皮肤

一种由金纳米粒子制成的新薄膜会随着任何类型的运动而改变颜色。其前所未有的品质可以让机器人模仿变色龙和章鱼——以及其他未来派应用。

与试图模仿大自然变色的其他材料不同，这种材料可以对任何类型的运动做出反应，例如弯曲或扭曲。涂有它的机器人可以进入对人类来说可能危险或不可能的空间，并根据它们的外观提供信息。

例如，伪装的机器人可以进入难以进入的水下裂缝。如果机器人改变颜色，生物学家就可以了解生活在这些环境中的动物所面临的压力。

虽然其他一些变色材料也可以对运动做出反应，但这种材料可以通过打印和编程来显示难以复制的不同、复杂的图案。创造这种纳米材料的加州大学河滨分校科学家在上周发表的《自然通讯》论文中记录了他们的过程。

纳米材料只是被缩小到极小尺度的材料——宽度和长度只有几十纳米，或者大约相当于病毒的大小。当银或金等材料变小时，它们的颜色会根据它们的大小、形状和它们所面对的方向而变化。

“在我们的案例中，我们将金减少为纳米尺寸的棒。我们知道，如果我们能让棒指向特定的方向，我们就可以控制它们的颜色，”化学教授 Yadong Yin 说。“面向一侧，它们可能看起来是红色的。将它们移动 45 度，它们就会变成绿色。”

研究小组面临的问题是如何将数百万个漂浮在液体溶液中的金纳米棒都指向同一个方向以显示均匀的颜色。

他们的解决方案是将较小的磁性纳米棒融合到较大的金纳米棒上。两个不同尺寸的杆被封装在聚合物屏蔽中，以便它们并排放置。这样，两个杆的方向都可以由磁铁控制。

“就像你把一块磁铁放在一堆针上，它们都指向同一个方向。这就是我们控制颜色的方式，”尹说。

具有可编程比色响应的新材料可以表现得更像动物皮。图片来源：加州大学河滨分校

一旦纳米棒干燥成薄膜，它们的方向就固定在适当的位置，它们不再对磁铁产生反应。“但是，如果薄膜是柔性的，你可以弯曲和旋转它，并且随着方向的变化仍然会看到不同的颜色，”尹说。

其他材料，如蝴蝶翅膀，在某些角度有光泽和色彩，在其他角度观察时也会改变颜色。然而，这些材料依赖于精确有序的微观结构，这对于大面积制造既困难又昂贵。但是这种新薄膜可以涂在任何大小物体的表面，就像在房子上喷漆一样容易。

虽然未来机器人是这部电影的终极应用，但它还有很多其他用途。该论文的第一作者、加州大学河滨分校的化学家李志伟解释说，该薄膜可以作为身份验证功能并入支票或现金中。在正常光线下，胶片是灰色的，但是当你戴上太阳镜，通过偏光镜片观看时，可以看到精致的图案。此外，如果您扭曲胶片，胶片的颜色对比度可能会发生显着变化。

实际上，应用程序仅受想象力的限制。“艺术家可以利用这项技术创作出引人入胜的画作，这些画作因观看角度的不同而大不相同，”李说。“很高兴看到我们工作中的科学如何与艺术之美相结合。”

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