فريق من جامعة ولاية بنسلفانيا ابتكرت طريقة مبتكرة لإنتاج جلد صناعي يمكنه تغيير مظهره وسطحه وشكله حسب الرغبة، بالإضافة إلى إخفاء البيانات أو إظهارها. تم نشر أعمالهم في إحدى المجلات اتصالات الطبيعة. تتم طباعة هذه المادة المصنوعة من الهيدروجيل باستخدام تقنية 4D.

أخذ العلماء أفكارهم من الأخطبوطات والمحاريات الأخرى، التي تمويه نفسها على الفور عن طريق تغيير لون وملمس بشرتها للحماية أو التواصل. وبدلاً من الآليات البيولوجية المعقدة، قاموا بتطبيق التصميم الرقمي على مادة اصطناعية ناعمة. الحيلة الرئيسية هي طريقة الطباعة النصفية. تخيل كيف كانت صور الصحف القديمة تتكون من نقاط ذات كثافات مختلفة؛ هنا، يتم تحويل الصور أو الأنسجة الرقمية إلى أنماط ثنائية – أنماط بالأبيض والأسود – يتم تطبيقها على الهيدروجيل. تعمل هذه الأنماط كبرنامج مدمج يحدد كيفية تفاعل مناطق مختلفة من المادة مع الحرارة أو السوائل أو الضغط.

وأوضح هونغتاو صن، الأستاذ المساعد في الهندسة الصناعية والمؤلف الرئيسي: “ببساطة، نحن نطبع تعليمات على المادة. هذه التعليمات تخبر الجلد بكيفية الاستجابة للتغيرات التي تحدث من حوله”.

عند تعرضها للمحفزات، تنتفخ أجزاء من الهيدروجيل، وتصبح أكثر ليونة، أو تنحني بطرق يمكن التنبؤ بها. يسمح هذا التحكم لقطعة واحدة من المادة بالتعامل مع عدة أدوار في وقت واحد، وهو أمر يصعب تحقيقه من خلال المواد الاصطناعية التقليدية المصممة لوظيفة واحدة.

في إحدى التجارب، تم تشفير صورة الموناليزا على الجلد. عند ملامسة الإيثانول، أصبح الهلام المائي شفافًا، مما أدى إلى محو الصورة تمامًا. ولكن في الماء البارد أو عند تسخينه تعود الصورة.

وقال هاوتشينج يانج، طالب دراسات عليا والمؤلف الأول: “يمكن استخدام هذا السلوك للتمويه، حيث يمتزج السطح مع محيطه، أو لتشفير المعلومات، حيث يتم إخفاء الرسائل والكشف عنها فقط في ظل ظروف معينة”.

يمكن للمادة إخفاء المعلومات ليس فقط بشكل مرئي، ولكن أيضًا من خلال التغييرات الجسدية. إذا قمت بتمديد الفيلم قليلا، تظهر الأنماط المشفرة على سطحه – يمكن رؤيتها وفك تشفيرها باستخدام طرق تحليل الصور الخاصة (على سبيل المثال، الارتباط الرقمي).

بالإضافة إلى ذلك، فإن الصفائح المسطحة قادرة على التحول بشكل مستقل إلى أشكال معقدة ثلاثية الأبعاد، مثل القباب أو غيرها من الهياكل المحدبة. علاوة على ذلك، لا يتطلب هذا التحول طبقات إضافية أو مواد مختلفة – كل شيء يحدث داخل نفس الهيدروجيل.

وأضاف صن: “تمامًا مثلما تنسق رأسيات الأرجل شكل الجسم ونمط الجلد، يمكن للبشرة الذكية التحكم في مظهرها وتشوهها في نفس الوقت، كل ذلك من خلال مادة ناعمة واحدة”.

تفتح هذه التكنولوجيا الطريق أمام منصات مرنة للمواد التكيفية في مختلف المجالات. في مجال الروبوتات الناعمة، سيساعد ذلك في إنشاء أجهزة تغير شكلها بسرعة، مثل المساعد الآلي الذي يتكيف مع مهمة ما. من أجل اتصالات آمنة – المواد التي تخزن البيانات، تكون مرئية فقط في الظروف المناسبة. في الطب الحيوي، الغرسات أو الضمادات التي تستجيب للجسم. وفي الإنتاج – الطلاءات الذكية للمعدات.