La mayoría de los objetos que vemos están coloreados por pigmentos, pero el uso de pigmentos tiene desventajas:tales colores pueden desvanecerse, los pigmentos industriales son a menudo tóxicos, y ciertos efectos de color son imposibles de lograr. El mundo natural, sin embargo, también exhibe coloración estructural, donde la microestructura de un objeto hace que aparezcan varios colores. Plumas de pavo real, por ejemplo, son de color marrón pigmentado, pero, debido a los largos huecos dentro de las plumas, reflejan la belleza, azules y verdes iridiscentes que vemos y admiramos. Los recientes avances en tecnología han hecho que sea práctico fabricar el tipo de nanoestructuras que dan como resultado la coloración estructural, y los informáticos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria) y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) han creado una herramienta computacional que crea automáticamente plantillas de impresión en 3D para nanoestructuras que corresponden a las definidas por el usuario. colores. Su trabajo demuestra el gran potencial de coloración estructural en la industria, y abre posibilidades para que los no expertos creen sus propios diseños. Este proyecto se presentará en la principal conferencia de gráficos por computadora de este año, SIGGRAPH 2018, por el primer autor y postdoctorado de IST Austria Thomas Auzinger.

Los colores cambiantes de un camaleón y los azules y verdes iridiscentes de la mariposa morfo, entre muchos otros en la naturaleza, son el resultado de la coloración estructural, donde las nanoestructuras provocan efectos de interferencia en la luz, resultando en una variedad de colores cuando se ve macroscópicamente. La coloración estructural tiene ciertas ventajas sobre la coloración con pigmentos (donde se absorben longitudes de onda particulares), pero hasta hace poco los límites de la tecnología significaban que la fabricación de tales nanoestructuras requería métodos altamente especializados. Nuevas configuraciones de "escritura láser directa", sin embargo, cuestan tanto como una impresora 3D industrial de alta calidad, y permiten imprimir a una escala de cientos de nanómetros (100 - 1000 veces más delgado que un cabello humano), abriendo posibilidades para que los científicos experimenten con la coloración estructural.

Hasta aquí, Los científicos han experimentado principalmente con nanoestructuras que habían observado en la naturaleza, o con simple, diseños nanoestructurales regulares (por ejemplo, fila tras fila de pilares). Thomas Auzinger y Bernd Bickel de IST Austria, junto con Wolfgang Heidrich de KAUST, sin embargo, adoptó un nuevo enfoque innovador que difiere en varios aspectos clave. Primero, resuelven la tarea de diseño inverso:el usuario ingresa el color que desea replicar, y luego la computadora crea un patrón de nanoestructura que le da ese color, en lugar de intentar reproducir las estructuras que se encuentran en la naturaleza. Es más, "nuestra herramienta de diseño es completamente automática, ", dice Thomas Auzinger." No se requiere ningún esfuerzo adicional por parte del usuario ".

Segundo, las nanoestructuras en la plantilla no siguen un patrón particular o tienen una estructura regular; parecen estar compuestas al azar, una ruptura radical con los métodos anteriores, pero uno con muchas ventajas. "Cuando miro la plantilla producida por la computadora, no puedo decir solo por la estructura si veo un patrón de azul, rojo o verde, "explica Auzinger." Pero eso significa que la computadora está encontrando soluciones que nosotros, como humanos, no pude. Esta estructura de forma libre es extremadamente poderosa:permite una mayor flexibilidad y abre posibilidades para efectos de coloración adicionales ". Por ejemplo, su herramienta de diseño se puede utilizar para imprimir un cuadrado que parece rojo desde un ángulo, y azul de otro (conocido como coloración direccional).

Finalmente, Los esfuerzos anteriores también han tropezado en lo que respecta a la fabricación real:los diseños a menudo eran imposibles de imprimir. La nueva herramienta de diseño, sin embargo, garantiza que el usuario terminará con una plantilla imprimible, lo que lo hace extremadamente útil para el futuro desarrollo de la coloración estructural en la industria. "La herramienta de diseño se puede utilizar para crear prototipos de nuevos colores y otras herramientas, así como encontrar estructuras interesantes que pudieran producirse industrialmente, ", añade Auzinger. Las pruebas iniciales de la herramienta de diseño ya han arrojado resultados satisfactorios." Es sorprendente ver que algo compuesto enteramente de materiales transparentes aparece coloreado, simplemente por estructuras invisibles para el ojo humano, "dice Bernd Bickel, profesor en IST Austria. "Estamos ansiosos por experimentar con materiales adicionales, para ampliar la gama de efectos que podemos lograr ".

"Es particularmente emocionante presenciar el papel cada vez mayor de las herramientas computacionales en la fabricación, "concluye Auzinger, "y aún más emocionante ver la expansión de los 'gráficos por computadora' para abarcar tanto imágenes físicas como virtuales".