Nanotechnologen, mariene biologen en signaalverwerkingsexperts van Rice University, het Marine Biologisch Laboratorium in Woods Hole, Massa., en andere Amerikaanse universiteiten hebben een subsidie ​​van $ 6 miljoen gewonnen van het Office of Naval Research om de geheimen van de beste camouflagekunstenaars van de natuur te ontrafelen. uiteindelijk, het team hoopt "metamaterialen" te maken die enkele van de elegante huidskleuren en patronen nabootsen die door zeedieren worden geproduceerd.

"Onze interne bijnaam voor dit project is 'inktvishuid, ' maar het gaat echt om fundamenteel onderzoek, " zei Naomi Halas, een pionier op het gebied van nano-optica bij Rice en de hoofdonderzoeker van de vierjarige subsidie. "Ons resultaat is kennis -- de basisontdekkingen die ons in staat zullen stellen materialen te maken die oplettend zijn, adaptief en reagerend op hun omgeving."

Halas zei dat het project werd geïnspireerd door het baanbrekende werk van medeonderzoeker Roger Hanlon, een zeebioloog van Woods Hole die meer dan drie decennia heeft besteed aan het bestuderen van de klasse van dieren die koppotigen worden genoemd, waaronder de inktvis, octopus en inktvis. Een van Hanlons vele ontdekkingen is dat de huiden van koppotigen opsins bevatten, hetzelfde type lichtgevoelige eiwitten die in de ogen functioneren.

"De aanwezigheid van opsin betekent dat ze een primitieve zichtsensor in hun huid hebben ingebed, " zei Halas. "Dus de vragen die we hebben zijn:'Wat kunnen wij, als ingenieurs, leren van de manier waarop deze dieren licht en kleur waarnemen? Spelen hun hersenen een rol, of is dit volledig in de skin gedownload, dus het gebruikt geen dierlijke CPU-tijd?"

Halas zei dat het project verschillende sporen heeft. De mariene biologen van het team -- Hanlon en Thomas Cronin van de Universiteit van Maryland, Baltimore County -- zal onderzoeken hoe koppotigen licht waarnemen en gebruiken om de patronen van hun huid te reguleren, kleuren en contrasten.

"Dit project stelt ons in staat om een ​​opwindende nieuwe weg van zichtonderzoek te verkennen - gedistribueerde lichtwaarneming door de huid, "Zei Hanlon. "Hoe en waar die visuele informatie door het zenuwstelsel wordt gebruikt, zal waarschijnlijk een nieuw neuraal circuit blootleggen."

Het is aan de ingenieurs van het team om te proberen de huid van koppotigen na te bootsen met behulp van nieuwe metamaterialen, materialen die de grens tussen materiaal en machine vervagen. Halas zei dat de groep van plan is patronen van georganiseerde nanostructuren te gebruiken om vellen materiaal te maken die snel van kleur kunnen veranderen - zoals de pixels van een high-definition televisiescherm - maar die ook licht kunnen "zien" op dezelfde manier als inktvishuiden doen. Een belangrijk onderdeel van het materiaal zijn unieke clusters van nanomaterialen die zijn ontdekt door Rice-chemicus Stephan Link, een medeonderzoeker van de subsidie. Halas zei dat de materialen van Link erg gevoelig zijn voor veranderingen in hun omgeving en gemakkelijker van kleur kunnen veranderen dan andere nanomaterialen.

Een ander type nanodeeltje zal waarschijnlijk worden gebruikt voor lichtdetectie, en het team heeft ook een controlemechanisme nodig, een systeem voor het verwerken van inkomende lichtsignalen en het genereren van camouflage-output. Mede-onderzoeker Peter Nordlander, een rijstfysicus, zal werken aan optica, en materiaalwetenschapper John Rogers, een mede-onderzoeker aan de Universiteit van Illinois, zal helpen om alles samen te brengen in een pakket dat groot genoeg is om zonder een microscoop te worden gezien.

"Dit is een inherent multidisciplinair probleem, "Zei Halas. "Niemand zal dit begrijpen tenzij je mariene biologen hebt die in detail praten met systeemingenieurs, die uitvoerig met nanotechnologen praten, die in detail praten met de mensen die alles integreren. Er moet een sterke dialoog zijn tussen iedereen."

Halas zei dat de grootste verrassing tot nu toe de nauwe affiniteit is die is ontwikkeld tussen Hanlon en Rice signaalverwerkingsexpert Rich Baraniuk, de leider van de systeemengineering van het team.

"Je zou denken dat toegepaste wiskundigen en mariene biologen bijna niets gemeen zouden hebben, ' zei ze. 'Maar ze hebben meer gemeen dan de rest van ons. Ze denken in principe aan dezelfde problemen, maar ze denken over hen vanuit heel verschillende gezichtspunten."