Voor de octopus en inktvis, het onmiddellijk veranderen van hun huidskleur en patroon om in het milieu te verdwijnen, is slechts een deel van hun camouflagevermogen. Deze dieren kunnen hun huid ook snel en omkeerbaar veranderen in een getextureerde, 3D oppervlak, het dier een rafelige omtrek geven die zeewier nabootst, koraal, of andere objecten die het detecteert en gebruikt voor camouflage.

Deze week, ingenieurs van Cornell University rapporteren over hun uitvinding van rekbare oppervlakken met programmeerbare 3D-textuurvervorming, een synthetische "camouflagehuid" geïnspireerd door het bestuderen en modelleren van het echte werk in octopus en inktvis. De ingenieurs, samen met medewerker en koppotigenbioloog Roger Hanlon van het Marine Biological Laboratory (MBL), bos gat, rapporteren over hun bestuurbare zachte actuator in het nummer van 13 oktober van: Wetenschap .

Onder leiding van James Pikul en Robert Shepherd, het pneumatisch geactiveerde materiaal van het team is gebaseerd op de 3D-hobbels, of papillen, dat koppotigen zich in een vijfde van een seconde kunnen uitdrukken voor dynamische camouflage, en trek dan terug om weg te zwemmen zonder de papillen die hydrodynamische weerstand opleggen.

"Veel dieren hebben papillen, maar ze kunnen ze niet onmiddellijk in- en uitschuiven zoals octopus en inktvis doen, " zegt Hanlon, wie is de toonaangevende expert op het gebied van dynamische camouflage van koppotigen. "Dit zijn weekdieren met een zacht lichaam zonder schelp; hun primaire verdediging is hun veranderende huid."

Papillen zijn voorbeelden van een gespierde hydrostaat, biologische structuren die bestaan ​​uit spieren zonder skeletondersteuning (zoals de menselijke tong). Hanlon en leden van zijn laboratorium, waaronder Justine Allen, nu aan de Brown University, waren de eersten die de structuur beschreven, functie, en biomechanica van deze morphing 3D-papillen in detail.

"De vrijheidsgraden in het papillenstelsel zijn echt mooi, " zegt Hanlon. "In de Europese inktvis, er zijn ten minste negen sets papillen die onafhankelijk worden bestuurd door de hersenen. En elke papil gaat uit een flat, 2D-oppervlak door een continuüm van vormen totdat het zijn uiteindelijke vorm bereikt, die conisch kan zijn of als drielobbige of een van een tiental mogelijke vormen. Het hangt af van hoe de spieren in de hydrostaat zijn gerangschikt." De doorbraak van de ingenieurs was om synthetische weefselgroepen te ontwikkelen die programmeerbare, 2D-rekbare materialen om een ​​reeks 3D-doelen uit te rekken en in te trekken.

"Ingenieurs hebben veel geavanceerde manieren ontwikkeld om de vorm van zachte, rekbare materialen, maar we wilden het op een eenvoudige manier doen die snel was, sterk, en gemakkelijk te controleren, " zegt hoofdauteur James Pikul, momenteel een assistent-professor bij de afdeling Werktuigbouwkunde en Toegepaste Mechanica aan de Universiteit van Pennsylvania. "We werden aangetrokken door hoe succesvol koppotigen zijn in het veranderen van hun huidtextuur, dus bestudeerden en lieten we ons inspireren door de spieren waarmee koppotigen hun textuur kunnen controleren, en implementeerde deze ideeën in een methode om de vorm van zachte, rekbare materialen."

"Dit is een klassiek voorbeeld van bio-geïnspireerde engineering" met een scala aan potentiële toepassingen, zegt Hanlon. Bijvoorbeeld, het materiaal zou controleerbaar kunnen worden veranderd om licht in zijn 2D-ruimten te reflecteren en licht in zijn 3D-vormen te absorberen. "Dat zou toepassingen hebben in elke situatie waarin je de temperatuur van een materiaal wilt manipuleren, " hij zegt.

Octopus en inktvis drukken papillen alleen uit voor camouflagedoeleinden, Hanlon zegt, en niet voor voortbeweging, seksuele signalering, of agressie. "Voor snel zwemmen, het dier zou baat hebben bij een gladde huid. Voor seksuele signalering, het zou er niet uit willen zien als een grote oude wrat; het wil er aantrekkelijk uitzien, als een cool uitziende partner. Of als het een gevecht wilde voeren, de papillen zouden geen goed beeld zijn om in het gevecht te zetten. signalering, per definitie, moet zeer opvallen, eenduidige signalen. De papillen zouden het alleen maar het tegenovergestelde maken!"