Les ingénieurs inventent une technologie inspirée de la pieuvre qui peut tromper et signaler

Avec une contraction musculaire d'une fraction de seconde, la grande pieuvre aux anneaux bleus peut changer la taille et la couleur des motifs homonymes sur sa peau à des fins de tromperie, de camouflage et de signalisation. Des chercheurs de l’Université de Californie à Irvine se sont inspirés de cette merveille naturelle pour développer une plateforme technologique dotée de capacités similaires pouvant être utilisée dans divers domaines, notamment l’armée, la médecine, la robotique et l’énergie durable.

Selon ses inventeurs, les nouveaux dispositifs rendus possibles par cette innovation bénéficieront de propriétés fluorescentes et spectroscopiques réglables de manière dynamique, d'une facilité de fabrication et d'un potentiel d'extension à des zones suffisamment grandes pour couvrir des véhicules, des panneaux d'affichage et même des bâtiments. La création bio-inspirée fait l'objet d'une étude publiée dans Communications naturelles.

Hapalochlaena lunulata est une espèce de poulpe originaire de l'océan Pacifique occidental et de l'océan Indien. Il utilise un venin de neurotoxine pour étourdir ses proies et peut éloigner les prédateurs grâce à ses anneaux bleus. Ce sont ces cercles irisés sur fond marron sur la peau de la créature qui ont attiré l'attention des chercheurs de l'UCI.

“Nous sommes fascinés par les mécanismes qui sous-tendent la capacité de la pieuvre aux anneaux bleus à changer rapidement ses marques cutanées entre les états cachés et exposés”, a déclaré le co-auteur principal Alon Gorodetsky, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'UCI.

“Pour ce projet, nous avons travaillé pour imiter les capacités naturelles de la pieuvre avec des dispositifs fabriqués à partir de matériaux uniques que nous avons synthétisés dans notre laboratoire. Le résultat est un système de tromperie et de signalisation inspiré de la pieuvre, simple à fabriquer et qui fonctionne longtemps lorsqu'il est utilisé. en continu, et peut même se réparer lorsqu'il est endommagé.

L'architecture de l'innovation nécessite un film mince constitué d'anneaux bleus ridés entourant des cercles bruns, un peu comme ceux de la pieuvre, pris en sandwich entre une électrode transparente conductrice de protons la plus haute et une membrane acrylique sous-jacente, avec une autre électrode identique en dessous.

Les chercheurs ont développé leur créativité technique au niveau moléculaire lorsqu'ils ont exploré l'utilisation d'acènes, des composés organiques constitués de cycles benzéniques fusionnés linéairement. Selon Gorodetsky, des molécules de type nonacène (avec neuf anneaux fusionnés linéairement) utilisées par l'équipe contribuent à conférer à la plateforme certaines de ses capacités exceptionnelles.

“Pour nos dispositifs, nous avons conceptualisé et conçu une molécule de type nonacène avec une architecture unique”, a déclaré la co-auteure principale Preeta Pratakshya, qui a récemment obtenu son doctorat. au Département de Chimie de l'UCI.

“Les acènes sont des molécules d'hydrocarbures organiques présentant une multitude de caractéristiques avantageuses, notamment la facilité de synthèse, des caractéristiques électroniques réglables et des propriétés optiques contrôlables.”

Elle a ajouté : « Nos molécules de type nonacène sont exceptionnelles parmi les acènes car elles peuvent survivre des années de stockage dans l'air et plus d'une journée d'irradiation continue avec une lumière vive dans l'air. Aucun autre acène expansé n'affiche cette stabilité combinée à long terme dans des conditions aussi difficiles. “.

Selon Gorodetsky, le type de molécules utilisées pour fabriquer la couche d'anneaux bleus colorés confère aux dispositifs leurs caractéristiques les plus favorables, notamment des propriétés spectroscopiques réglables, la facilitation d'une fabrication simple sur table et la stabilité de l'atmosphère ambiante sous éclairage.

“Notre co-auteur Sahar Sharifzadeh, professeur de génie électrique et informatique à l'Université de Boston, a démontré que les propriétés des molécules sensibles aux stimuli peuvent être prédites par ordinateur, ce qui ouvre la voie à la conception in silico d'autres technologies de camouflage”, a déclaré Gorodetsky.

Dans leurs tests en laboratoire, dont beaucoup ont eu lieu à l'Institut californien des télécommunications et des technologies de l'information de l'UCI, l'équipe a découvert que les dispositifs bioinspirés pouvaient changer d'apparence visible plus de 500 fois avec peu ou pas de dégradation, et qu'ils pouvaient également s'auto-réparer de manière autonome sans l'intervention de l'utilisateur. intervention.

Il a été démontré que l’invention possédait une combinaison souhaitable de capacités dans les parties ultraviolette, visible et proche infrarouge du spectre électromagnétique, selon Gorodetsky. Cela permettrait aux appareils de dissimuler d’autres objets de la détection ou de signaler clandestinement aux observateurs.

“La robustesse photophysique et la transformabilité générale de notre molécule de type nonacène – et probablement de ses variantes – ouvrent des opportunités pour de futures recherches sur ces composés dans le contexte des systèmes optoélectroniques traditionnels tels que les diodes électroluminescentes et les cellules solaires”, a ajouté Gorodetsky.

Chengyi Xu, Panyiming Liu, Reina Kurakake et Robert Lopez du Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'UCI se sont joints à Gorodetsky et Pratakshya dans cette étude ; David Josh Dibble et Anthony Burke du Département de génie chimique et biomoléculaire de l'UCI ; Philip Denison du département de chimie de l'UCI ; et Aliya Mukazhanova et Sharifzadeh de l'Université de Boston.