Koppotigen - waaronder octopussen, inktvis, en inktvissen - zijn meesters in vermomming. Ze kunnen zich binnen enkele seconden camoufleren om precies bij hun omgeving te passen, en geen enkele wetenschapper is erin geslaagd om het spektakel na te bootsen. Maar nieuw onderzoek door Leila Deravi, assistent-professor scheikunde en chemische biologie aan de Northeastern, brengt ons een stap dichterbij.

De chromatofoororganen, die verschijnen als honderden veelkleurige sproeten op het oppervlak van het lichaam van een koppotige, bijdragen aan snelle veranderingen in huidskleur. In een artikel dat vorige week werd gepubliceerd in Geavanceerde optische materialen , Deravi's groep beschrijft haar werk bij het isoleren van de pigmentkorrels in deze organen om hun rol bij kleurverandering beter te begrijpen. De onderzoekers ontdekten dat deze korrels opmerkelijke optische eigenschappen hebben en gebruikten ze om dunne films en vezels te maken die in textiel konden worden verwerkt, flexibele displays, en toekomstige kleurveranderende apparaten. Deravi's lab werkte samen met het Amerikaanse leger Natick Soldier Research, Ontwikkeling, en Engineering Center voor de studie.

Chromatoforen zijn er in de kleuren rood, geel, bruin, en oranje. Ze lijken op de sproeten op de menselijke huid die na verloop van tijd verschijnen. Maar bij koppotigen, deze sproeten openen en sluiten binnen een fractie van een seconde om aanleiding te geven tot een voortdurend herconfigurerende huidskleur. Onder de chromatoforen bevindt zich een laag iridoforen die als spiegel fungeren. Samen, deze organen weerkaatsen alle kleuren van zichtbaar licht.

Door afzonderlijke pigmentdeeltjes uit de inktvis te verwijderen, Deravi was in staat om de breedte van hun mogelijkheden als statische materialen te verkennen. Eén deeltje is slechts 500 nanometer groot, die 150 keer kleiner is dan de diameter van een mensenhaar. Deravi's team gelaagde en reorganiseerde de deeltjes en ontdekte dat ze een uitgebreid kleurenpalet konden produceren.

"We laten zien dat deze pigmenten een krachtig hulpmiddel zijn dat ultradunne films kan produceren die echt rijk zijn aan kleuren, ' zei Deravi.

Haar team ontdekte ook dat de pigmenten zowel zichtbaar als infrarood licht kunnen verstrooien. Dit verbetert de helderheid en lichtabsorptie en beïnvloedt hoe een uiteindelijke kleur wordt waargenomen. En toen Deravi een systeem ontwierp dat een spiegel bevatte - die de lay-out van organen nabootste die inktvissen van nature hebben - was ze in staat om de waargenomen kleur verder te verbeteren door licht door en van de korrels te verstrooien. Dit proces kan mogelijk worden gerepliceerd op functionele materialen zoals zonnecellen om de absorptie van zonlicht te vergroten, zei Deravi.

"Vanuit een wetenschappelijk en technisch technisch perspectief, begrijpen hoe lichtverstrooiing de kleur beïnvloedt, is erg belangrijk, en dit is een opwindende nieuwe ontwikkeling op het gebied van optica in de biologie, " zei Richard Osgood, een medewerker van het Amerikaanse leger Natick Soldier Research, Ontwikkeling, en Ingenieurscentrum. "Dit is een ongebruikelijk gebruik van optica en natuurkundige kennis bij verstrooiing om biologische systemen te begrijpen."

De onderzoekers maakten spoelen van vezels van de pigmentdeeltjes van de inktvissen en onderzoeken nu toepassingen voor het materiaal. De vezels zijn zo visueel interessant dat het niet moeilijk is om je voor te stellen ze te weven tot stof voor kleding of andere kunstvormen. Maar misschien is de meest opwindende mogelijke toepassing draagbaar, flexibele schermen en textiel die in staat zijn tot adaptieve kleuring. Osgood zei dat het onderzoek het leger in staat zou kunnen stellen nieuwe capaciteiten voor soldaten te creëren.

"Al meer dan een decennium wetenschappers en ingenieurs hebben geprobeerd dit proces te repliceren en deze apparaten te bouwen die kleuren kunnen matchen, kleur verandering, en camouflage net als de koppotigen, maar velen van hen komen lang niet in de buurt van de snelheid of het dynamische kleurbereik dat de dieren kunnen vertonen, Deravi zei. "Cephalopoden zijn geëvolueerd om deze specifieke pigmentkorrels met een reden op te nemen, en we beginnen uit te zoeken wat die reden is."