Phát triển tế bào nhân tạo đổi màu như bạch tuộc

Tế bào nhân tạo lấy cảm hứng từ bạch tuộc có thể thay đổi màu sắc và họa tiết giống môi trường xung quanh, mang lại hiệu quả ngụy trang.

Nhóm nhà khoa học tại Đại học Pennsylvania phát triển phiên bản nhân tạo của loại tế bào cho phép bạch tuộc và mực thay đổi màu sắc và hoa văn theo môi trường xung quanh, nhờ đó ẩn mình trong nháy mắt, Independent hôm 21/2 đưa tin.

Họ tin rằng điều này có thể mang lại những ứng dụng ngụy trang mới trong lĩnh vực robot, kiến trúc, mật mã và quang học. Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Materials.

Mỗi tế bào sắc tố nhân tạo hoạt động giống như một pixel trên màn hình để khớp với họa tiết và màu sắc xung quanh. (Ảnh: Đại học Pennsylvania)

Tế bào sắc tố (chromatophore) là những tế bào đặc biệt ở mực và bạch tuộc có thể mở rộng hoặc thu nhỏ các tấm phản xạ bên trong để phản ứng với những tác nhân kích thích bên ngoài, cho phép những động vật thân mềm này hòa mình vào môi trường xung quanh, đồng thời truyền tải các dấu hiệu giận dữ hay sẵn sàng giao phối.

Trong nghiên cứu mới, nhóm nhà khoa học sử dụng những màng mỏng, mềm dẻo làm từ mạng lưới polymer gồm các tinh thể lỏng, để tạo ra tế bào sắc tố nhân tạo có thể đổi màu ngay lập tức từ cận hồng ngoại đến khả kiến và cực tím theo yêu cầu. Các màng này được phủ lên những lỗ nhỏ sắp xếp thành mạng lưới, mỗi lỗ có thể được bơm đến áp suất nhất định. Khi lỗ được bơm phồng, màng bị kéo căng, giảm độ dày và thay đổi màu sắc.

Trước đây, những vật liệu đổi màu sử dụng cơ chế tương tự cần biến dạng 75% để chuyển từ đỏ sang xanh lam. Tuy nhiên, loại màng mới chỉ đòi hỏi áp lực tương đương một cú chạm nhẹ để đổi sang màu bất kỳ trong phổ ánh sáng khả kiến.

Những vật liệu cũ tích hợp cơ chế này không thể dùng cho những thứ có chiều cố định, ví dụ như màn hình hay cửa sổ. Trong khi đó, tế bào sắc tố nhân tạo mới cần chỉ cần biến dạng dưới 20%, nhóm chuyên gia tin rằng nó có thể được xếp như những pixel trong màn hình LCD.

"Khi quan sát cách một số động vật tiến hóa màu sắc cấu trúc, chúng tôi nhận ra chúng có những tế bào co giãn hoạt động giống như pixel trên màn hình và chúng tôi có thể thực hiện cách tiếp cận tương tự", tác giả chính của nghiên cứu, Shu Yang, cho biết.

Công nghệ mới dựa trên hiện tượng giúp cánh bướm và lông chim công óng ánh hơn so với những gì sắc tố hay màu nhuộm mang lại. Hiện tượng màu sắc cấu trúc này xảy ra khi ánh sáng tương tác với những yếu tố cực nhỏ trên bề mặt và được nhóm nhà khoa học tái tạo trong nghiên cứu nhờ sử dụng các tinh thể lỏng.

Khi một lỗ rỗng trong màn hình được bơm phồng, lớp màng sẽ giãn ra. Điều này làm giảm mật độ tinh thể lỏng trong màng và thay đổi bước sóng ánh sáng phản chiếu tới người xem. Bằng cách ghi lại chính xác áp suất cần thiết để khiến mỗi tế bào sắc tố nhân tạo chuyển thành màu sắc mong muốn, các chuyên gia có thể lập trình cho chúng giống như các pixel trên màn hình.

"Tôi muốn tạo ra màu đỏ, xanh lá và xanh lam trong cùng một lần nên đã nối các lỗ với chiều rộng khác nhau vào cùng một kênh dẫn khí. Điều này đồng nghĩa, dù chịu cùng một mức áp suất, độ biến dạng và màu sắc của các pixel sẽ khác nhau, giúp giảm độ phức tạp cho tổng thể thiết bị", đồng tác giả Kim Se-Um giải thích. Trong nghiên cứu, mẫu thử nghiệm có thể tạo ra họa tiết kẻ caro khớp với màu và họa tiết của bề mặt xung quanh.

Cập nhật: 24/02/2022 Theo VnExpress