Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Görsel: Araştırmacıların yapay kromatoforları, pnömatik pompalara bağlı dairesel boşluklar üzerine gerilmiş zarlardan oluşuyor. Boşluğa basınç uygulamak zarı gererek içindeki sarmal şeklindeki sıvı kristalin perdesini değiştirir. Çap, basınç, adım ve renk arasındaki ilişkiyi ilişkilendiren araştırmacılar, son çalışmalarında bu görselde gösterildiği gibi, yeni teknolojiyi etrafını çevreleyen renkli desene uyacak şekilde değiştirerek her bir oyuğa piksel gibi davranabiliyorlar. Kaynak: Pennsylvania Üniversitesi

Ahtapot ve mürekkep balıkları gibi deniz canlılarının etraflarındaki renk ve desenlere uyum sağlayarak bir anda gözden kaybolmasını mümkün kılan hücrelerin yapay bir versiyonu geliştirildi. Pensilvanya Üniversitesi'nden araştırmacılar bunun robotik ve mimarinin yanı sıra kriptografi ve optik gibi alanlarda da yeni kamuflaj uygulamalarının önünü açabileceğini düşünüyorlar.

Araştırmacılar ahtapot ve mürekkep balıklarında bulunan kromatoforları, dış uyaranlara tepki olarak hücre içindeki yansıtıcı katmanların şişirilmesine ve geri çekilmesine olanak tanıyan özel hücreler olarak açıklıyorlar. Yumuşakçalar alemine dahil bu hayvanlar bu şekilde kamufle olabiliyor ve saldırgan ya da çiftleşmeye hazır olduklarına dair mesaj verebiliyorlar.

Görsel: Her bir yapay kromatoforun bir piksel gibi hareket etmesiyle, araştırmacıların prototipi, bir kamuflaj efekti elde etmek için çevredeki renk ve dokuyu eşleştirebiliyor. Kaynak: Pennsylvania Üniversitesi

Yeni çalışmaya göre mühendisler, yapay kromatoforlar geliştirmek için sıvı kristallerin bulunduğu polimer ağdan oluşan ince ve esnek zarlardan yararlandılar. Komut verildiğinde yapay kromatoforlar renklerini bir anda yakın kızılötesinden görünür ışığa ve ultraviyole ışığa döndürebiliyor. Çalışmada zarların ızgara şeklinde düzenlenmiş, her biri belirli basınçlara dayanabilen küçük oyuklara yerleştirildiği belirtildi. Bu oyuklar şiştiğinde zarı gererek kalınlığı azaltıyor ve dışarıdan görünen rengi değiştiriyor. Benzer mekanizmalar kullanarak renk değiştiren malzemelerin kırmızıdan maviye geçmesi için bugüne kadar şekillerinin yüzde 75 oranında bozulması gerekiyordu, fakat yeni zarlar görünür spektrumdaki herhangi bir renge dönüşebilmek için hafif bir dokunuştaki kadar basınca gerek duyuyor.

Bilim insanları bu mekanizmadan yararlanan daha eski tasarımların ekran veya pencere gibi sabit boyutlu nesnelerde kullanılmasının imkânsız olduğunu, ama yapay kromatoforların şekil değiştirme oranının yüzde 20'den az olması sayesinde bunların LCD ekranlardaki pikseller gibi bir araya getirilebileceğini düşünüyorlar.

Araştırmanın baş yazarı Shu Yang yaptığı açıklamada, "Bazı hayvanların yapısal renklerini nasıl geliştirdiğini inceleyince bir televizyon ekranındaki pikseller gibi davranan esnek hücrelere sahip olduklarını ve bizim de benzer bir yaklaşım benimsememizin ihtimaller dâhilinde olduğunu fark ettik" dedi. 

Bilim insanlarına göre bu teknoloji kelebek kanatları ve tavus kuşu tüyleri için pigmentlerden ya da boya temelli renklerden daha pırıltılı bir yanardönerlik sağlayan olguya dayanıyor. Işığın yüzeydeki mikroskobik unsurlarla etkileşime girmesiyle ortaya çıkan yapısal renk olgusu, çalışmada sıvı kristallerin kullanılmasıyla yeniden yapıldı. Ekrandaki oyukların şişmesi yakındaki zarı geriyor. Bu, zarın içindeki sıvı kristalin yoğunluğunu azaltarak bakan kişiye yansıyan ışığın dalga boyunu değiştiriyor. Yapay kromatoforların her birinin istenen renge gelmesi için gereken basınç miktarını kaydeden mühendisler onları ekrandaki pikseller gibi programlamayı başardılar.

Çalışmanın ortak yazarlarından Kim Se-Um, "Basit bir işlemle aynı anda kırmızı, yeşil ve mavi renk oluşturmak istedim, bu yüzden de farklı genişlikteki oyukları aynı hava kanalına bağladım. Bu, aynı basınca maruz kalmalarına rağmen pikselden piksele şekil değiştirme oranının ve rengin farklılaştığı anlamına geliyor ve cihazın genel karmaşıklığını da azaltıyor" diye açıkladı. 

Aynı hava pompasına birden fazla piksel bağlanabilir, bu da daha karmaşık ekranlara olanak tanır. Kredi: Pennsylvania Üniversitesi

Araştırmacıların prototipi, etraftaki yüzeyin gölgelenişine ve dokusuna uygun olarak 7'ye 5'lik dama tahtası desenleri üretebiliyor.  Ekip, renk değiştirerek ortam sıcaklığına tepki veren "akıllı" pencerelerin yanı sıra üç boyutlu görüntüler sergilemeyi de planlıyor. 

Araştırmacılar, "Bu yumuşak malzemeler kriptografi, uyarlanabilir optik ve yumuşak robotikler gibi farklı uygulama alanlarında kullanılabilir" diye yazdı.

Makale: https://www.nature.com/articles/s41563-021-01075-3

SciTech