Rasche Farbänderung Display funktioniert nach dem Tintenfisch-Prinzip

Materialwissenschaftler an der Universität von Illinois haben die Haut von Tintenfischen nachgebaut. Das Ergebnis der Forschungsarbeiten: Ein ultradünnes Display mit einer Fläche von vier Quadratzentimetern, das seine Farbe sehr schnell ändern kann.

An der Universität von Illinois in Urbana-Champaign haben sich Materialwissenschaftler und Biologen damit beschäftigt, wie die Haut von Kopffüßlern arbeitet. Bei den Untersuchungen ist ein vier Quadratzentimeter großes Display entstanden, das nur 100 µm dünn ist. Es besteht aus drei Schichten und imitiert die Tarnfähigkeit von Tintenfischen.

Die obere Schicht besteht aus einem künstlichen Farbstoff, der bei einer Temperaturerhöhung seine Farbe ändert, nämlich von schwarz zu transparent. Eine darunter angeordnete Silber-Lage lässt die transparenten Stellen der ersten Schicht als Weiß erscheinen.

Die mittlere Schicht des Displays hat ähnliche Merkmale wie die Muskelfaserschicht in der Haut von Tintenfischen. Die Muskeln können die räumliche Anordnung der Pigmentzellen verändern. Dadurch erscheint dem Betrachter die Tintenfischhaut unterschiedlich gefärbt. Im Experiment besteht die Schicht aus winzigen Silizium-Aktuatoren, die Wärme erzeugen und damit den Farbumschlag auslösen.

In der dritten Schicht befindet sich ein Photodetektor für jedes Pixel. Diese dichte Anordnung von Detektoren übernimmt dieselbe Aufgabe wie das lichtempfindliche Protein Opsin in der Haut der Tintenfische. Opsin soll mit dafür verantwortlich sein wie sich die Muskelfasern zusammenziehen und somit dafür, welche Farbe die Tintenfischhaut annimmt.

Die drei Displayschichten sind mechanisch, elektronisch und thermisch miteinander verbunden. Wenn ein solches Display nun unter eine Lampe gehalten wird, dann stimuliert das Licht die Photodetektoren. Die Detektoren setzen die Aktuatoren in Gang, die Wärme erzeugen. Dies genügt, damit der künstliche Farbstoff von Schwarz zu Weiß umschlägt.

An der Geschwindigkeit des Farbumschlags wird weiter geforscht, denn dieser dauerte in den aktuellen Untersuchungen noch etwa eine Sekunde. Auch wird nach einer energiesparenderen Alternative zum Farbumschlag durch Wärme gesucht.

Mögliche Einsatzbereiche der Tintenfisch-Displays liegen beispielsweise in der Militärtechnik. Militärische Geräte könnten ihre Farbe damit selbständig an die jeweilige Umgebung anpassen, so dass sie kaum noch visuell zu entdecken sind.

Über die Forschungsarbeiten wurde in der Zeitschrift PNAS berichtet.