Технології
Технології

Піна з деревини та водоростей виявилася потенційним камуфляжем

Фінські науковці запропонували використовувати піну з деревини та мікроводоростей як камуфляж в умовах лісу для військових та мисливців. Їхнє дослідження свідчить, що така піна має потенціал маскувати об'єкти та людей не лише у видимому спектрі світла, а й інфрачервоному, тобто може перешкоджати виявленню тепловізорами. Про це вчені написали у статті журналу Soft Matter.

Nina Forsman et al. / Soft Matter, 2022

Nina Forsman et al. / Soft Matter, 2022

Яку ціль ставили перед собою вчені?

Камуфляж є важливим пристосуванням, що підвищує шанси на виживання, як у тварин, так і в рослин. Воно спрямоване на те, щоб злитися зі своїм середовищем, маскуючись до його кольорів або текстур, створюючи оптичну ілюзію непомітності. Навіть такі сильно контрастні істоти як панди, теж мають камуфляжне хутро, як це показало недавнє дослідження. Люди теж перейняли таке вміння, що знайшло найбільше використання у військовій справі. Як і у тварин, найчастіше воно представлене маскуванням одягу та техніки під кольори й візерунки довкілля, переважно — зелено-коричневі плями. Але із розробленням та вдосконаленням пристроїв для ідентифікації, наприклад, тепловізорів та камер, що вловлюють широкий спектр світла, цього стає недостатньо і зростає попит на новітні камуфляжні матеріали. Один із таких запропонували до розгляду й науковці з Університету Аалто та Університету прикладних наук Хаме.

У чому інновація авторів?

Люди виділяють значну кількість тепла, тому їхню активність можна легко визначити за допомогою тепловізорів, що вловлюють недоступне оку інфрачервоне випромінювання. Тому фінські вчені захотіли розробити матеріал, що маскував би людей не лише візуально, а й термічно. Оскільки повітря має низьку теплопровідність, то вони припустили, що саме його доцільно використати для камуфляжу. Вчені використали його у складі зручної у використанні піни — розчину бульбашок газів у рідині.

Але ідеєю вчених було не лише створити ефективний камуфляж, а й зробити його безпечним для довкілля, тому вони використали нетоксичні матеріали на рослинній основі. Піну виготовляли із відбіленої деревної маси берези, що її використовують для вироблення паперу. Позаяк така целюлоза є білою або безбарвною, що мало сприяє хованню, при виготовленні камуфляжу вчені використали природні барвники для маскування в лісових умовах — коричневий лігнін із деревини та порошок зеленої мікроводорості Chlorella vulgaris, що є поширеною дієтичною добавкою. Для кращого піноутворення до сумішей було додано поверхнево-активну речовину додецилсульфат натрію. Два види піни (коричневу та зелену) отримували змішуванням інгредієнтів із водою за допомогою приладу, який дією подібний до кухонного ручного блендера.

Як себе показала технологія камуфляжу у випробуваннях?

Піни з більшою кількістю деревної маси мали високий тепловий опір на початку, але показник став погіршуватися після однієї години. Натомість піни, у яких частка водоростей та лігніну була більшою, мали меншу стійкість до нагрівання, але вони утримувалися щонайменше протягом двох годин. Додавання та збільшення частки водоростей також супроводжувалося зменшенням піноутворення, але водночас утворена з ними піна була суттєво стабільнішою протягом двогодинного часу спостереження. Здається, це дуже короткий час, але його може бути достатньо для тимчасового маскування в польових умовах, і за потреби камуфляж можна нанести повторно.

А) Теплопровідність різних пін. В) Тепловий опір пін за товщини в 10 сантиметрів. Nina Forsman et al. / Soft Matter, 2022

А) Теплопровідність різних пін. В) Тепловий опір пін за товщини в 10 сантиметрів. Nina Forsman et al. / Soft Matter, 2022

Вчені також перевірили динаміку відбиття світлових хвиль різного спектра пінами протягом семиденного періоду, порівнюючи їх із природними об'єктами, як-от корою, піском, зеленим та жовтим листям, мохом та Chlorella vulgaris. Відбиття світла лігніновими та водоростевими пінами загалом не сильно змінилося за тиждень. Але не можна сказати, що матеріали чудово зливаються із природними об'єктами, оскільки вони представляли в основному лише один відтінок коричневого та зеленого, тоді як у природі їх суттєво більше. І якщо коричневий колір у піні ще відповідав вимогам до камуфляжу в умовах лісу, то зелена водоростева піна досить сильно відрізнялася від зелених відтінків природи. Це пояснюють тим, що зазвичай у природних умовах пігмент хлорофіл зустрічається поруч із іншими пігментами, жовтими та червоними, що створює багате різноманіття кольорів та відтінків.

Спектр відбиття відбіленої, коричневої та зеленої піни у порівнянні з природними об'єктами. Nina Forsman et al. / Soft Matter, 2022

Спектр відбиття відбіленої, коричневої та зеленої піни у порівнянні з природними об'єктами. Nina Forsman et al. / Soft Matter, 2022

Тож автори вважають, що волога піна на основі деревини й водоростей має потенціал у використанні для камуфляжу, особливо зважаючи на простоту, дешевизну та можливість масштабування технології, однак вони не заперечують, що її потрібно ще вдосконалювати. Зокрема, надалі слід подумати над зменшенням вмісту води у піні, щоб забезпечити краще маскування у ближньому червоному спектрі. А також вчені планують знайти більш вдалий спосіб змішування барвників та пін різних кольорів для кращого зливання з природним середовищем. Хоча схоже, що доведеться дотримуватися певного компромісу між стабільністю піни та її маскувальними властивостями.