Nanoteknologer, marinbiologer och signalbehandlingsexperter från Rice University, det marina biologiska laboratoriet i Woods Hole, Massa., och andra amerikanska universitet har vunnit ett bidrag på 6 miljoner dollar från Office of Naval Research för att låsa upp hemligheterna för naturens bästa kamouflagekonstnärer. I sista hand, laget hoppas kunna skapa "metamaterial" som efterliknar några av de eleganta hudfärgerna och mönstren som produceras av marina djur.

"Vårt interna smeknamn för det här projektet är" bläckfiskhud, 'men det handlar egentligen om grundforskning, sa Naomi Halas, en pionjär inom nanooptik på Rice och huvudutredaren om det fyraåriga bidraget. "Vår leverans är kunskap - de grundläggande upptäckter som gör att vi kan göra material som är observanta, anpassningsbara och lyhörda för sin miljö. "

Halas sa att projektet var inspirerat av det banbrytande arbetet med bidragsutredaren Roger Hanlon, en marinbiolog i Woods Hole som har ägnat mer än tre decennier åt att studera klassen av djur som kallas bläckfisk som inkluderar bläckfisken, bläckfisk och bläckfisk. En av Hanlons många upptäckter är att bläckfiskskinn innehåller opsins, samma typ av ljuskänsliga proteiner som fungerar i ögonen.

"Närvaron av opsin betyder att de har någon primitiv syn sensor inbäddad i huden, "Sa Halas." Så de frågor vi har är:'Vad kan vi, som ingenjörer, lära av hur dessa djur uppfattar ljus och färg? Spelar deras hjärnor en roll, eller är det här helt nedladdat i huden så att det inte använder djurens CPU -tid? "

Halas sa att projektet har flera spår. Lagets marinbiologer - Hanlon och Thomas Cronin från University of Maryland, Baltimore County - kommer att undersöka hur bläckfiskar känner och använder ljus för att reglera hudens mönster, färger och kontraster.

"Detta projekt gör det möjligt för oss att utforska en spännande ny väg för synforskning - distribuerad ljusavkänning i hela huden, "Hanlon sa." Hur och var som den visuella informationen används av nervsystemet kommer sannolikt att avslöja några nya neurala kretsar. "

Det blir upp till teamets ingenjörer att försöka efterlikna bläckfiskhud med nya metamaterial, material som suddar ut gränsen mellan material och maskin. Halas sa att gruppen planerar att använda mönster för organiserade nanostrukturer för att skapa materialark som snabbt kan ändra färg-som pixlarna på en HD-TV-skärm-men som också kan "se" ljus på samma sätt som bläckfiskskinn do. En nyckelkomponent i materialet kommer att vara unika kluster av nanomaterial som upptäckts av riskemisten Stephan Link, en medutredare om bidraget. Halas sa att Links material är mycket känsliga för förändringar i sin miljö och kan lättare ändra färger än andra nanomaterial.

En annan typ av nanopartikel kommer sannolikt att användas för ljusavkänning, och laget kommer också att behöva en kontrollmekanism, ett system för behandling av inkommande ljussignaler och generering av kamouflageutmatning. Medutredare Peter Nordlander, en risfysiker, kommer att arbeta med optik, och materialvetaren John Rogers, medforskare vid University of Illinois, hjälper till att sammanföra allt till ett paket som är tillräckligt stort för att ses utan mikroskop.

"Det här är ett naturligt tvärvetenskapligt problem, "Sa Halas." Ingen kommer att förstå detta om du inte har marinbiologer som talar i detalj med systemingenjörer, som pratar i detalj med nanoteknologer, som pratar i detalj med de människor som integrerar allt. Det måste finnas en stark dialog mellan alla. "

Halas sa att den största överraskningen hittills har varit den nära affinitet som har utvecklats mellan Hanlon och Rice-signalbehandlingsexperten Rich Baraniuk, ledaren för teamets systemtekniska insats.

"Du skulle tro att tillämpade matematiker och marinbiologer nästan inte skulle ha något gemensamt, "sa hon." Men de har mer gemensamt än vi andra. De tänker på i princip samma problem, men de tänker på dem ur mycket olika synvinklar. "