Nanotecnologi, biologi marini ed esperti di elaborazione dei segnali della Rice University, il Laboratorio di Biologia Marina a Woods Hole, Messa., e altre università statunitensi hanno vinto una sovvenzione di $ 6 milioni dall'Office of Naval Research per svelare i segreti dei migliori artisti del camuffamento della natura. In definitiva, il team spera di creare "metamateriali" che emulino alcuni degli eleganti colori e motivi della pelle prodotti dagli animali marini.

"Il nostro soprannome interno per questo progetto è 'pelle di calamaro, ' ma in realtà si tratta di ricerca fondamentale, " disse Naomi Halas, pioniere della nano-ottica alla Rice e ricercatore principale della borsa di studio quadriennale. "Il nostro risultato finale è la conoscenza:le scoperte di base che ci permetteranno di realizzare materiali che siano attenti, adattativo e reattivo al loro ambiente."

Halas ha affermato che il progetto è stato ispirato dal lavoro innovativo del co-investigatore della sovvenzione Roger Hanlon, un biologo marino di Woods Hole che ha trascorso più di tre decenni a studiare la classe di animali chiamati cefalopodi che include i calamari, polpo e seppia. Una delle tante scoperte di Hanlon è che le pelli dei cefalopodi contengono opsine, lo stesso tipo di proteine ​​sensibili alla luce che funzionano negli occhi.

"La presenza di opsina significa che hanno un sensore di visione primitivo incorporato nella loro pelle, " Halas ha detto. "Quindi le domande che abbiamo sono, 'Cosa possiamo, come ingegneri, imparare dal modo in cui questi animali percepiscono luce e colore? Il loro cervello ha una parte, o è completamente scaricato nella skin, quindi non utilizza il tempo della CPU animale?"

Halas ha detto che il progetto ha diverse tracce. I biologi marini del team - Hanlon e Thomas Cronin dell'Università del Maryland, Contea di Baltimora - studierà come i cefalopodi percepiscono e usano la luce per regolare i modelli della loro pelle, colori e contrasti.

"Questo progetto ci consentirà di esplorare un nuovo ed entusiasmante percorso di ricerca sulla vista:il rilevamento della luce distribuito su tutta la pelle, "Ha detto Hanlon. "Come e dove queste informazioni visive vengono utilizzate dal sistema nervoso è probabile che scopra qualche nuovo circuito neurale".

Spetterà agli ingegneri del team cercare di emulare la pelle dei cefalopodi utilizzando nuovi metamateriali, materiali che offuscano il confine tra materiale e macchina. Halas ha affermato che il gruppo prevede di utilizzare modelli di nanostrutture organizzate per creare fogli di materiali che possono cambiare rapidamente i colori, come i pixel di uno schermo televisivo ad alta definizione, ma che possono anche "vedere" la luce nello stesso modo in cui i calamari hanno la pelle. fare. Un componente chiave del materiale saranno i cluster unici di nanomateriali scoperti dal chimico della Rice Stephan Link, un co-investigatore sulla sovvenzione. Halas ha affermato che i materiali di Link sono molto sensibili ai cambiamenti nel loro ambiente e possono cambiare i colori più facilmente rispetto ad altri nanomateriali.

Un altro tipo di nanoparticella sarà probabilmente utilizzato per il rilevamento della luce, e la squadra avrà anche bisogno di un meccanismo di controllo, un sistema per elaborare i segnali luminosi in ingresso e generare un'uscita mimetica. Il co-investigatore Peter Nordlander, un fisico del riso, lavorerà sull'ottica, e scienziato dei materiali John Rogers, un co-investigatore presso l'Università dell'Illinois, aiuterà a riunire tutto in un pacchetto abbastanza grande da essere visto senza un microscopio.

"Questo è un problema intrinsecamente multidisciplinare, "Halas ha detto. "Nessuno capirà questo a meno che non ci siano biologi marini che parlano in dettaglio con ingegneri di sistema, che parlano in dettaglio ai nanotecnologi, che parlano in dettaglio alle persone che integrano tutto. Ci deve essere un dialogo forte tra tutti".

Halas ha affermato che la più grande sorpresa finora è stata la stretta affinità che si è sviluppata tra Hanlon e l'esperto di elaborazione del segnale di Rice Rich Baraniuk, il leader dello sforzo di ingegneria dei sistemi del team.

"Si potrebbe pensare che i matematici applicati e i biologi marini non abbiano quasi nulla in comune, " ha detto. "Ma hanno più in comune rispetto al resto di noi. Stanno pensando fondamentalmente agli stessi problemi, ma stanno pensando a loro da punti di vista molto diversi."