Flexi-Material ahmt Krakenhaut perfekt nach

Stanford-Forschern gelingen damit schnellere Veränderungen in Oberflächenstruktur und Farbe

Tintenfisch: Vorbild und Meister des schnellen Farbwechsels (Foto: pixabay.com, edmondlafoto)

Stanford (pte001/12.01.2026/06:00)

Ein neuartiges, flexibles Material von Forschern der Stanford University ahmt die Haut von Tintenfischen mit Farb- und Strukturveränderungen im Nanobereich nach. Es kann Oberflächenstruktur und Farben schnell verändern und bietet potenzielle Anwendungsmöglichkeiten in der Tarnung, Kunst, Robotik und im Nanobioingenieurwesen.

Rasante Farbwechsel

Kraken und Tintenfische sind Meister der Tarnung. Viele Arten können die Farbe und Textur ihrer Haut rasch verändern - was Forscher seit Langem mit synthetischen Materialien nachahmen wollen. Den Stanford-Forschern ist mit ihrer in "Nature" publizierten Entwicklung ein großer Schritt in Richtung dieses Ziels gelungen. Ihr Material kann in Sekunden zu verschiedenen Texturen und Farben anschwellen. Und es erzeugt Muster mit einer Auflösung, die feiner ist als ein menschliches Haar.

"Texturen sind entscheidend dafür, wie wir Objekte wahrnehmen, sowohl in Bezug auf ihr Aussehen als auch auf ihre Haptik", erläutert Erstautor Siddharth Doshi aus dem Bereich Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. "Diese Tiere können ihren Körper physisch im Mikrometerbereich verändern, und jetzt können wir die Topografie eines Materials - und die damit verbundenen visuellen Eigenschaften - im gleichen Maßstab dynamisch steuern."

Dynamische Tarnung

Die Arbeit könnte zu effektiverer dynamischerer Tarnung sowohl für Menschen als auch für Robotersysteme führen und dazu beitragen, flexible, farbwechselnde Displays für tragbare Technologien zu entwickeln. Sie eröffnet auch neue Wege auf dem Gebiet der Nanophotonik, die die präzise Manipulation von Licht und Optik für Fortschritte in der Elektronik, Verschlüsselung, Biologie und anderen Bereichen nutzt. "Es gibt einfach kein anderes System, das so weich und quellbar ist und das man im Nanobereich strukturieren kann", so der leitende Autor Nicholas Melosh.

Um dynamische Texturen in einem flexiblen Material zu erzeugen, haben die Forscher die Musterungstechnik Elektronenstrahl-Lithografie, die in der modernen Halbleiterfertigung eingesetzt wird, mit einer Polymerfolie, die bei Wasseraufnahme aufquillt, kombiniert. Indem sie einen Elektronenstrahl auf die Folie richteten, konnten sie einstellen, wie stark bestimmte Bereiche des Materials aufquellen, und so detaillierte Muster erzeugen, die nur sichtbar werden, wenn die Folie nass ist.

Elektronenstrahl aktiv

Dass ein Elektronenstrahl die Absorptionsfähigkeit des Polymers verändern und Muster in verschiedenen Farben und Texturen erzeugen kann, ist neu. In einem früheren Projekt hatte Doshi ein Rasterelektronenmikroskop verwendet - das mit einem fokussierten Elektronenstrahl hochauflösende Bilder erzeugt - um Nanostrukturen zu untersuchen, die das Team auf einer Polymerfolie erzeugt hatte.

Normalerweise würden diese Proben nach der Bildgebung entsorgt werden, aber Doshi verwendete sie wieder, statt neue zu erstellen. In der nächsten Testreihe verhielten sich die Bereiche der Folie, die mit dem Rasterelektronenmikroskop abgebildet worden waren, anders und nahmen eine andere Farbe an. Doshi: "Wir haben erkannt, dass wir diese Elektronenstrahlen nutzen können, um die Topografie in sehr feinen Maßstäben zu steuern. Das war definitiv ein Glücksfall."

Die Strukturierung mit Elektronenstrahlen ist so präzise, dass das Team eine nanoskalige Nachbildung der Felsformation El Capitan im Yosemite-Nationalpark erstellt hat. Im trockenen Zustand ist die Folie flach, aber sobald Wasser hinzugefügt wird, erhebt sich die Form des Monolithen aus der Oberfläche. Das Team zeigt, dass sich dieselbe Technik zum Entwerfen und Aufdecken komplexer, umschaltbarer Farbmuster verwenden lässt.

Die Forscher haben dünne Metallschichten auf beiden Seiten der strukturierten Polymerfolie aufgebracht, um Fabry-Pérot-Resonatoren zu erzeugen, die Wellenlängen des Lichts basierend auf dem Abstand zwischen den Metallschichten isolieren. Quellen die Polymerfolien auf unterschiedliche Breiten auf, zeigen sie viele Farben. Mit derselben Elektronenstrahlstrukturierung und dem richtigen Mix aus Wasser und Lösungsmittel verwandelt sich die einfarbige Folie in ein buntes Feuerwerk aus Farbtupfern und Flecken.

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