Nanotechnologues, biologistes marins et experts en traitement du signal de l'Université Rice, le Laboratoire de biologie marine de Woods Hole, Masse., et d'autres universités américaines ont remporté une subvention de 6 millions de dollars de l'Office of Naval Research pour percer les secrets des meilleurs artistes de camouflage de la nature. Finalement, l'équipe espère créer des « métamatériaux » qui imitent certaines des couleurs de peau et des motifs élégants produits par les animaux marins.

"Notre surnom interne pour ce projet est 'peau de calmar', ' mais il s'agit vraiment de recherche fondamentale, " dit Naomi Halas, un pionnier de la nano-optique chez Rice et le chercheur principal de la subvention de quatre ans. "Notre livrable est la connaissance - les découvertes de base qui nous permettront de fabriquer des matériaux qui sont observateurs, adaptatif et réactif à leur environnement."

Halas a déclaré que le projet a été inspiré par le travail révolutionnaire du co-chercheur de subventions Roger Hanlon, un biologiste marin de Woods Hole qui a passé plus de trois décennies à étudier la classe d'animaux appelés céphalopodes qui comprend le calmar, poulpe et seiche. L'une des nombreuses découvertes de Hanlon est que les peaux de céphalopodes contiennent des opsines, le même type de protéines photosensibles qui fonctionnent dans les yeux.

"La présence d'opsine signifie qu'ils ont un capteur de vision primitif intégré dans leur peau, " dit Halas. " Donc les questions que nous avons sont, 'Que pouvons-nous, en tant qu'ingénieurs, apprendre de la façon dont ces animaux perçoivent la lumière et la couleur ? Est-ce que leur cerveau joue un rôle, ou est-ce totalement téléchargé dans le skin donc il n'utilise pas de temps CPU animal ?"

Halas a déclaré que le projet comporte plusieurs pistes. Les biologistes marins de l'équipe - Hanlon et Thomas Cronin de l'Université du Maryland, Comté de Baltimore - étudiera comment les céphalopodes détectent et utilisent la lumière pour réguler les modèles de leur peau, couleurs et contrastes.

"Ce projet nous permettra d'explorer une nouvelle voie passionnante de recherche sur la vision :la détection de la lumière distribuée à travers la peau, " a déclaré Hanlon. " Comment et où cette information visuelle est utilisée par le système nerveux est susceptible de découvrir de nouveaux circuits neuronaux. "

Il appartiendra aux ingénieurs de l'équipe d'essayer d'imiter la peau des céphalopodes à l'aide de nouveaux métamatériaux, matériaux qui brouillent la frontière entre matériau et machine. Halas a déclaré que le groupe prévoyait d'utiliser des motifs de nanostructures organisées pour créer des feuilles de matériaux qui peuvent changer de couleur rapidement – ​​comme les pixels d'un écran de télévision haute définition – mais qui peuvent également « voir » la lumière de la même manière que les peaux de calmar faire. Un élément clé du matériau sera des clusters uniques de nanomatériaux découverts par le chimiste de Rice, Stephan Link, un co-chercheur sur la subvention. Halas a déclaré que les matériaux de Link sont très sensibles aux changements de leur environnement et peuvent plus facilement changer de couleur que les autres nanomatériaux.

Un autre type de nanoparticule sera probablement utilisé pour la détection de la lumière, et l'équipe aura également besoin d'un mécanisme de contrôle, un système pour traiter les signaux lumineux entrants et générer une sortie de camouflage. Co-chercheur Peter Nordlander, un physicien du riz, travaillera sur l'optique, et scientifique des matériaux John Rogers, un co-chercheur à l'Université de l'Illinois, aidera à tout rassembler dans un emballage suffisamment grand pour être vu sans microscope.

« Il s'agit d'un problème intrinsèquement multidisciplinaire, " a déclaré Halas. " Personne ne comprendra cela à moins que des biologistes marins ne discutent en détail avec des ingénieurs système, qui parlent en détail aux nanotechnologues, qui parlent en détail aux personnes qui intègrent tout. Il doit y avoir un dialogue fort entre tout le monde."

Halas a déclaré que la plus grande surprise jusqu'à présent a été l'étroite affinité qui s'est développée entre Hanlon et l'expert en traitement du signal de Rice Rich Baraniuk, le chef de l'effort d'ingénierie des systèmes de l'équipe.

"On pourrait penser que les mathématiciens appliqués et les biologistes marins n'auraient presque rien en commun, " dit-elle. "Mais ils ont plus en commun que le reste d'entre nous. Ils pensent essentiellement aux mêmes problèmes, mais ils pensent à eux de points de vue très différents."