Badacze z Laboratorium Nauk Komputerowych i Sztucznej Inteligencji (CSAIL) przy Instytucie Technologicznym w Massachusetts (MIT) opracowali recepturę przełomowej farby w sprayu, która może bez końca zmieniać kolory oraz oddawać na powierzchni wzory i strukturę, gdy wystawi się ją na działanie światła o różnych długościach fali.
Zdolność kameleonów do zmiany koloru skóry od dawien dawna frapowała obserwatorów tych niezwykłych zwierząt. Sam Arystoteles zastanawiał się nad naturą stworzeń zdolnych adaptować się do zmiennych warunków otoczenia. I chociaż ludzie nigdy nie osiągnęli podobnej biegłości kamuflowania swojego wyglądu, to w dziedzinie zmiany wyglądu obiektów nieożywionych osiągnęliśmy znacznie większe sukcesy.
Grupa badaczy z MIT opublikowała dokument, w którym opisuje efekty swojej pracy przy tworzeniu specjalnej farby o nazwie PhotoChromeleon. Potrafi ona – po naświetleniu światłem o odpowiedniej długości fali – zmieniać kolory i pokazywać zaprojektowane wcześniej wzory, które pozostają na pomalowanym nią przedmiocie również po wyłączeniu źródła światła. Farba nadaje się do personalizacji niemal każdego przedmiotu, od samochodów po buty, etui na telefony, a także – potencjalnie – opakowania.
PhotoChromeleon jest mieszaniną trzech barwników fotochromowych w kolorach z palety CMYK (cyjan, magenta i żółty), które działają na identycznej zasadzie jak szkła okularów ciemniejące pod wpływem światła. Pozostają niewidzialne do chwili wystawienia pomalowanego farbą produktu na działanie określonej długości fali świetlnej. Nanosi się je konwencjonalnymi metodami, przez natryskiwanie lub malowanie. Proces zmiany koloru jest w pełni odwracalny i może być wielokrotnie powtarzany.
Jeśli chodzi o zastosowania, PhotoChromeleon może być środkiem do niemal nieograniczonej personalizacji szerokiej gamy produktów: od etui na telefony po samochody czy buty. Jak mówi Yuhua Jin z CSAIL, jeden z głównych autorów projektu: Ten specjalny rodzaj barwnika mógłby umożliwić całą gamę opcji dopasowywania, które pomogłyby w poprawie wydajności produkcji i zmniejszeniu ogólnych strat. Wyjaśnia, że użytkownik byłby w stanie samodzielnie dokonywać zmian, modyfikując swój styl: bez konieczności kupowania tego samego przedmiotu w różnych kolorach i stylach.
Przy tworzeniu nowej farby zespół z MIT skorzystał z wiedzy uzyskanej w trakcie realizacji poprzedniego projektu o nazwie ColorMod. Zakładał on wykorzystanie drukarki 3D i barwników fotochromowych w formie filamentów (wkładów drukujących) do drukowania przedmiotów zdolnych zmieniać kolor. Naukowcy doszli jednak do wniosku, że ta metoda jest zbyt niedoskonała, by nadal w nią inwestować. Wielogłowicowa drukarka drukowała obiekty złożone z wokseli (tak nazywa się pojedynczy, najmniejszy element składający się na przestrzeń w grafice trójwymiarowej, stanowiący odpowiednik piksela w grafice 2D). Jeden woksel – wydrukowany z jednego rodzaju fotochromowego filamentu – mógł mieć tylko dwa stany: przezroczysty i „własny” kolor, przechodząc po aktywacji za pomocą światła ultrafioletowego na przykład do koloru żółtego. Skutkowało to dość niską, „ziarnistą” rozdzielczością.
Dlatego naukowcy zamiast osobnych filamentów z fotochromowymi barwnikami postanowili zmieszać trzy fotochromowe barwniki z palety CMYK w jednym roztworze. Otrzymali w ten sposób czarną farbę, którą nanosi się na przedmioty, a następnie wybiórczo dezaktywuje konkretne barwy. Ponieważ każdy barwnik w inny sposób wchodzi w interakcję ze światłem o różnej długości fal, z pomocą odpowiedniego źródła światła możliwa jest aktywacja i dezaktywacja wybranych kanałów. Na przykład zastosowanie niebieskiego światła, które zostałoby zaabsorbowane głównie przez żółty barwnik, spowodowałoby dezaktywację tego barwnika, a aktywowane magenta i cyjan dałyby niebieską barwę oświetlonego obszaru. Wszystkie barwniki są aktywowane przez promieniowanie ultrafioletowe, więc ich „zresetowanie” i powrót do jednolicie czarnego koloru odbywa się przez oświetlenie przedmiotu lampą UV. Możliwe są łączenie barw i kontrola ich nasycenia.
Opracowany przez zespół interfejs użytkownika umożliwia automatyczne przetwarzanie projektów. Cały system składa się z odpowiednio zmodyfikowanego projektora i lampy UV – światło widzialne z projektora umożliwia dezaktywację wybranego barwnika, lampa UV natomiast aktywuje je wszystkie, umożliwiając tworzenie wzorów od nowa. Zespół przetestował swój projekt na zabawkowym samochodzie, etui na telefon, wydrukowanym w 3D małym kameleonie oraz bucie. W zależności od kształtu i orientacji obiektu proces naświetlania trwał kilkadziesiąt minut. Uzyskiwana rozdzielczość wzorów zależy od wykorzystanego projektora – w badaniu maksymalna możliwa do otrzymania rozdzielczość wyniosła 257 µm.
System PhotoChromeleon nie został jeszcze dopracowany i nie może być zastosowany na skalę komercyjną. Problemem jest nietrwałość kolorów, które blakną po kilku lub kilkudziesięciu godzinach (dla barwy żółtej czas ten wynosi zaledwie 5 godzin, magenta i cyjan wytrzymują odpowiednio 19 i 26 godzin). Na razie nie jest też możliwe uzyskanie wielu odcieni – wybrane długości fal światła widzialnego nigdy nie dezaktywują wyłącznie jednego barwnika. Zespół ma zamiar rozwiązać ten problem opracowując ulepszone barwniki fotochromowe we współpracy z materiałoznawcami. W planach jest też stworzenie filamentu lub żywicy zawierających kilka połączonych barwników fotochromowych.
Można sobie wyobrazić, że jeśli PhotoChromeleon wyjdzie poza fazę testów i osiągnie „dojrzałość”, znajdzie zastosowanie również w branży opakowaniowej jako nowatorski i efektowny sposób zdobienia pojemników oraz kreowania wartości dodanej. Na razie w projekt zaangażowała się firma Ford, która interesuje się nowatorskimi rozwiązaniami w zakresie wytwarzania wielokolorowych elementów, wydłużania trwałości i zapobiegania degradacji barw, jak również możliwością personalizacji pojazdów.
Na podstawie news.mit.edu opracował TK
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
