Forskare har utvecklat konstgjord "kameleonthud" som ändrar färg när den utsätts för ljus och kan användas i applikationer som aktiv kamouflage och dynamiska storskaliga skärmar.

Materialet, utvecklat av forskare från University of Cambridge, är gjord av små guldpartiklar belagda i ett polymerskal, och pressas sedan in i mikrodroppar av vatten i olja. Vid exponering för värme eller ljus, partiklarna håller ihop, ändra färg på materialet. Resultaten rapporteras i journalen Avancerade optiska material .

I naturen, djur som kameleoner och bläckfiskar kan ändra färg tack vare kromatoforer:hudceller med kontraktila fibrer som flyttar pigment. Pigmenten sprids ut för att visa sin färg, eller pressas ihop för att göra cellen klar.

De konstgjorda kromatoforer som utvecklats av Cambridge -forskarna bygger på samma princip, men istället för kontraktila fibrer, deras färgförändrande förmågor är beroende av ljusdrivna nanomekanismer, och "cellerna" är mikroskopiska vattendroppar.

När materialet värms upp till 32C, nanopartiklarna lagrar stora mängder elastisk energi på en bråkdel av en sekund, eftersom polymerbeläggningarna driver ut allt vatten och kollapsar. Detta har den effekten att tvinga nanopartiklarna att binda ihop till snäva kluster. När materialet kyls, polymererna tar på sig vatten och expanderar, och guldnanopartiklarna skjuts starkt och snabbt isär, som en fjäder.

"Att ladda nanopartiklarna i mikrodropparna gör att vi kan kontrollera formen och storleken på klustren, ger oss dramatiska färgförändringar, "sa Dr Andrew Salmon från Cambridge Cavendish Laboratory, studiens medförfattare.

Nanopartiklarnas geometri när de binder till kluster avgör vilken färg de visas som:när nanopartiklarna sprids isär är de röda och när de kluster ihop är de mörkblå. Dock, vattendropparna komprimerar också partiklarna, får dem att skugga varandra och göra det grupperade tillståndet nästan transparent.

Just nu, materialet som utvecklats av Cambridge -forskarna finns i ett enda lager, så kan bara byta till en enda färg. Dock, olika nanopartikelmaterial och former kan användas i extra lager för att göra ett fullt dynamiskt material, som äkta kameleontskinn.

Forskarna observerade också att de artificiella cellerna kan 'simma' på enkla sätt, liknande algerna Volvox. Att lysa ett ljus på ena kanten av dropparna får ytan att skala mot ljuset, skjuter det framåt. Under starkare belysning, högtrycksbubblor bildas kort för att skjuta dropparna längs en yta.

"Detta arbete är ett stort framsteg när det gäller att använda nanoskala för att göra biomimik, "sa medförfattaren Sean Cormier." Vi arbetar nu med att replikera detta på rull-till-rull-filmer så att vi kan göra meter med färgskiftande ark. Med hjälp av strukturerat ljus planerar vi också att använda den ljusutlösta simningen för att "flocka" droppar. Det kommer att bli riktigt spännande att se vilka kollektiva beteenden som genereras. "