如何完全消失

动物使用的各种光学诡计来让自己看不见的捕食者。海莉桦树发现自然界如何帮助开发新的伪装材料

在铝箔包装自己,把自己带到树林里去了,你会消失,笑伪装专家亚当Shohet。但他只是开玩笑。尽管它可能只需要一个你的闪亮的沙沙声斗篷隆隆声你,没什么可笑的想法使用反光材料作为伪装。这是一个战略动物已经使用了数百万年,和一个组织像英国QinetiQ——Shohet -希望能够复制工作。

意料之中的是,然而,那些参与这引人入胜的研究领域几乎难以确定作为他们的研究对象。头足类动物,包括乌贼,都是伪装大师在海洋环境中,和吸引的资助者的兴趣倾向于隐瞒他们的发现——最明显的是,军方。从局外人的角度看,这只是一个时间问题,其中一个卧底研究团队如何完全消失。

即使QinetiQ,是国防工业的顾问,可以只提供简短的一瞥的工作他们做,他们正在开发的材料。不止一次,Shohet、研究和创新为公司经理的Farnborough-based隐形材料集团,必须道歉他一概而论,当要求细节。不过,什么碎片存在于公共领域为吸收的谈话。

技巧的光

首先,伪装不是所有关于绿色和棕色油漆。Shohet解释说,这是很容易发现有人试图隐藏自己和化学颜料或油漆。“在大多数情况下,颜色只能在很近距离,“他说。所以你可能会侥幸不匹配的颜色特别好。墨鱼,伪装国王,是色盲,但是他们非常有效地匹配颜色。根据Shohet,他们不需要能够看到背景融入这暗示这不是关于颜色匹配。

更好的战略,头足类动物的成功运用,试图成为完全反射。就像箔斗篷在树林中,鱿鱼是镜像反映的皮肤尽可能多的周边环境。在海洋的毫无特色的环境,这些镜子变得几乎看不见。但是是什么使鱿鱼吗?它的秘密在于软光学材料和,更具体地说,在下面的层细胞称为虹细胞,潜伏的彩色色素囊乌贼的皮肤。这些含有蛋白质具有特定结构的负责产生一个彩色光泽很像的结构在某些鸟类的羽毛和蝴蝶的翅膀。

相似的原理用于薄膜光学光子晶体和抗反射涂层的眼镜,经常通过物理或化学蒸汽沉积。这些依赖于创建定期重复结构或层的可见光的波长范围;反射属性源自干扰入射光波。在自然世界中,孔雀羽毛是复杂的光子晶体结构的例子,那些科学家最近作为模板,使小说,可调光子材料——发光纳米粒子嵌入到常规结构的羽毛,是控制光线。¹

最著名的例子之一的结构色的蓝色大闪蝶之类的动物王国,根据Mohan Srinivasarao,亚特兰大佐治亚理工学院的物理化学家,我们。虽然没错,蓝色大闪蝶的翅膀看起来更蓝色因为它们含有蓝色颜料,这不是主要的原因我们看到蓝色。近距离观察机翼尺度在电子显微镜下揭示了一系列定期间隔的生物高聚物。²的蓝色是因为有色素的结构并不是因为,“Srinivasarao说。

虽然他没有鱿鱼专家,Srinivasarao相信人造材料的灵感可以来自自然世界。路线的佐治亚理工学院的研究人员正在追求的,他说,试图模仿蝴蝶翅膀上的结构。美国物理学会年会上公布的工作在今年3月,³团队成功地复制了绿色翡翠燕尾服的翅膀——由多层高分子甲壳素和空气——使用自组装和沉积二氧化钛和氧化铝薄层。

鱿鱼开关

如此结构对迷彩颜色或彩虹色的工作,因为这蝴蝶的色彩鲜艳的显示吗?年代?nike约翰森、杜克大学的一名生物学家,达勒姆,我们去年收到了750万美元的美国海军授予(?500万)研究头足类动物伪装,解释了鱿鱼,他们有什么特别之处能做到动态;他们调整蛋白质结构负责彩虹色为了匹配他们的环境。在快速波动的光场在海面附近,这可能意味着不断的调整。“他们可以改变一分钱,”约翰森表示。他们从一个光学特征切换到另一个,所以他们可以反映出蓝光,然后他们可以告诉细胞变化和突然间他们反映了绿灯。这瞬间适应环境变化的能力需要柔软,比硬甲壳素更加灵活的材料中发现蝴蝶鳞片,显然是将军事感兴趣的资助者。但约翰森表示,他的团队工作纯粹在基础科学层面上——他的资助者问他不要太深思考可能的军事应用作为他们的研究结果发表在公共期刊。

去年,约翰森的合作者之一,埃里森施威尼,目前在加州大学圣芭芭拉,我们发表了一篇文章,揭示了反射结构的更多细节在头足类动物通常在加州海岸——长鳍近海捕捞鱿鱼(见必威体育 红利账户2009年11月,p28)。有彩虹色的细胞然后肤色的细胞上,和两个工作负责这些动态伪装变化,”斯威尼解释道。皮肤的鱿鱼,她解释说,彩虹色的细胞中的蛋白质的安排完全是无序的。(这是相当不寻常的,因为细胞蛋白质往往有明确的架构如螺旋或表)。但由神经递质使聚合物化学刺激,否则互相排斥的正电荷,获得-磷酸盐,结块。在中性条件下,芳香交互开始主导和蛋白质组织起来进入堆叠,平板状结构——从本质上说,他们“开关”彩虹色。

最近,《理发师陶德》和同事证明,不同的厚度血小板可以产生颜色变化对整个可见光谱。⁴他们还继续表明,软蛋白质这样的材料可能应用在生物医学方面,比如在智能人工晶体与自我修正的焦距。但这并不是第一次所谓的“reflectin”蛋白质的潜力已经被认可。在2007年的一次自然纸,空军研究实验室的科学家们在代顿,我们,铸造reflectin蛋白质-工程是在细菌制造的电影中不同的厚度,从而导致一系列不同的结构性色彩。⁵他们还显示有可能诱导动态暴露reflectins彩虹色的水蒸气,这使得它们膨胀和改变他们的反射——从一个波长转移到另一个地方。

颜色或结构?

回到奎奈蒂克公司在英国,Shohet谨慎的控制动态彩虹色,但承认这将是一个问题对于一个人造的材料”。当然,翻译鱿鱼的方式做它成可行的合成材料似乎是复杂的。但是Shohet说已经有一些模仿的材料,一般来说,乌贼的皮肤层。鱿鱼,色素——像一个过滤器,位于上覆一层细胞反射闪光细胞板。Shohet说,同样,显示当前正在销售的电子巨头索尼和夏普使用液晶创建一个多层的效果,除了下面是一个吸收层而非反光层。这些低功耗显示“双稳态”,这意味着他们只需要力量如果需要切换形象——一个优势,可以同样宝贵的军事形势。

另外,模仿色素层而不是反光层,可以想象一个微流控系统,可以控制的运动小卷彩色化学物质与材料的表面,使颜色改变。⁶甚至改变形状的彩色电活性聚合物-聚合物电流,会像色素囊周围的肌肉,拉伸开放鱿鱼时想要大点的颜色。电活性聚合物本质上是非常小规模的致动器,“Shohet说。”这是一个很有趣的领域看,因为它是一种使一种非常小的肌肉。”

它仍然完全反光材料的想法,尽管-箔在树林里的想法Shohet认为是最有前途的。”有一个非常大的区别使用颜料伪装和使用反射结构,”他说。“我们特别感兴趣的原因之一使用结构性色彩,因为如果你用化学色素,有一个限制有多少光你可以反映,这就是为什么墨鱼、章鱼和鱿鱼下面使用反光元素吸收层,这样他们可以反射更多的阳光。所以无论多么好的颜色匹配,他说,一个人坐在明亮的阳光下,只反映了50%的光,他们总是太黑了。

自适应伪装也依赖于做一个有用的评估您的环境,这是一个重要方面的头足类动物伪装材料科学家必须依靠行为生物学家拆散。约翰森,幸运的是,与《理发师陶德》合作,正准备建立一个两者并列全息甲板,他们将观察乌贼的应对虚拟环境由于six-headed相机捕获。约翰森希望这最终将导致材料的应用。这是棘手的,因为动物有一个巨大的优势,他们活着,在小尺度细胞能够改变的东西仍相当具有挑战性的普通工程师,”他说。我们希望能找到那些可以转换到人类的技术,但它总是一个挑战。

Srinivasarao,另一方面,表明动态彩虹色的壮举可能已经达到。的伪装,有人这样做,但它们都是由政府资助,因此如果他们能做得很好,他们不会告诉你,”他说。“我的猜测是,一些人知道如何去做。Shohet说,”这是一个公平的评论。

海莉桦木是一个基于自由科学作家和编辑在布里斯托尔,英国