Wissenschaftler der Universit?ten Stanford und Paderborn ver?ffentlichen Ergebnisse in ?Nature“
Inspiriert von der Anpassungsf?higkeit von Oktopoden hat ein Team aus Forschenden der Universit?ten Stanford, USA, und Paderborn eine film?hnliche Dünnschichtplattform entwickelt, die nicht nur ihre Farbe, sondern auch die Oberfl?chenstruktur dynamisch ver?ndern kann. Die Technologie k?nnte künftig in intelligenten Tarnsystemen, flexiblen Displays, robotischen Systemen oder sogar in Bioengineering-Anwendungen, zum Beispiel zur gezielten Beeinflussung von Zellen, eingesetzt werden. Die Ergebnisse wurden jetzt im renommierten Fachmagazin ?Nature“ ver?ffentlicht.
Als Basis dient ein relativ weitverbreiteter polymerer Film, der den Verbundwerkstoff Polystyrolsulfonat enth?lt, der durch Feuchtigkeit anschwillt und dabei feinste, nanoskalige Strukturen bildet. Jun.-Prof. Dr. Nicholas Güsken vom Department Physik der Universit?t Paderborn erkl?rt: ?Durch die Elektronenstrahl-Lithografie, wie sie in der Halbleiterfertigung verwendet wird, kann der Film pr?zise vorbehandelt werden, sodass bestimmte Bereiche unterschiedlich stark anschwellen. Dadurch entstehen kontrollierte Oberfl?chenmuster, die sich bei Feuchtigkeit zeigen und je nach Wassergehalt von gl?nzend bis matt wechseln.“
Die Oberfl?chenstruktur beeinflusst dabei die Lichtstreuung und erzeugt ein realistisches visuelles Erlebnis. Zus?tzlich werden Farben durch sogenannte Fabry-Pérot-Resonatoren erzeugt, bei denen metallische Schichten auf dem Polymerfilm die Wellenl?nge des reflektierten Lichts je nach Dicke des Films ver?ndern. So kann ein einfarbiger Film bei Feuchtigkeitszufuhr in ein buntes, komplexes Muster übergehen. Die Strukturen sind reversibel: Durch Kontrolle des Wassergehalts in der Umgebung kehrt die Oberfl?che entweder in ihren ursprünglich flachen Zustand zurück oder nimmt gezielt neue Muster an. So ist es m?glich – ganz ?hnlich wie beim Oktopus – die photonische Haut dynamisch an einen Hintergrund anzupassen. ?Wir sind noch weit davon entfernt, die volle Komplexit?t der Physiologie von Kopffü?ern mit ihrer komplizierten Muskelsteuerung und Echtzeitanpassung zu verstehen. Diese Arbeit bringt uns einer ihrer wichtigsten F?higkeiten aber einen Schritt n?her, n?mlich der realistischen Simulation von Farbe und Oberfl?chentextur", erkl?rt Hauptautor Dr. Siddharth Doshi, ehemaliger Doktorand an der Stanford University und jetzt Postdoktorand am Caltech (California Institute of Technology).
Durch die Kombination mehrerer Schichten gelang es, Farbe und Textur unabh?ngig voneinander zu steuern, eine bisher einzigartige F?higkeit. ?Die aktive Kontrolle von Licht-Materie-Wechselwirkungen auf der Mikro- und Nanometerebene bietet weitreichende M?glichkeiten in der Grundlagenwissenschaft, aber auch für technologische Anwendungen“, erkl?rt Jun.-Prof. Güsken. Zukünftige Entwicklungen zielen auf die Integration von künstlicher Intelligenz (KI) und deren Teilbereich Computer Vision ab, um die Anpassung an verschiedene Hintergründe automatisch und in Echtzeit zu steuern. Darüber hinaus wird die Materialtechnologie auch im künstlerischen Bereich erforscht.
Jun.-Prof. Güsken, der zuvor Teil der Arbeitsgruppe in Stanford war, baut seit mehreren Monaten seine eigene Forschungsgruppe an der Universit?t Paderborn auf. Bei dem von Dr. Doshi geleiteten Projekt war er an der Konzipierung und Herstellung der Dünnfilmschicht beteiligt.
Zum Paper: https://www.nature.com/articles/s41586-025-09948-2
Zum Video: https://www.nature.com/articles/d41586-026-00101-1
