Para sobrevivir en hábitats extremos, muchos animales y plantas han desarrollado habilidades brillantes que, de otro modo, solo conocemos de los superhéroes en las películas. En la mayoría de los casos, sus habilidades se basan en las extraordinarias propiedades de sus superficies. Imitar estas propiedades ofrece un enorme potencial en el campo de la ingeniería para desarrollar nuevos productos y resolver problemas técnicos. Los equipos de investigación de Bochum y Kiel lograron imitar el color estructural de las famosas mariposas Morpho azules utilizando una tecnología de impresión 3D de alta precisión conocida como polimerización de dos fotones (2PP). Los investigadores presentan sus hallazgos más recientes en un artículo publicado en el Journal of Optical Microsystems el 2 de septiembre de 2022.

El estudio en el campo de la biomimética fue realizado por investigadores de Applied Laser Technologies en Ruhr-Universität Bochum (RUB), encabezados por el profesor Andreas Ostendorf y el profesor Cemal Esen, y del grupo de Morfología Funcional y Biomecánica de la Universidad de Kiel (CAU), encabezado por el profesor Stanislav Gorb.

Impresión 3D de árboles de Navidad de inspiración biológica

2PP es una tecnología de impresión basada en láser que permite el procesamiento de resinas fotosensibles en las tres dimensiones. A diferencia de las técnicas de impresión convencionales, es posible crear estructuras 3D complejas y verdaderas utilizando modelos de computadora virtual sin necesidad de estructuras de soporte. Además, 2PP permite una alta resolución, ya que las características estructurales individuales pueden medir un tamaño de hasta 100 nanómetros. Este número corresponde aproximadamente a una milésima parte del grosor del cabello humano.

Las capacidades de impresión 3D de 2PP permitieron a los investigadores producir estructuras compuestas jerárquicamente a escala micrométrica y nanométrica. De esta forma, pudieron imitar el color estructural de las mariposas Morpho azules, incluidas sus extraordinarias propiedades ópticas. El color de las mariposas está formado por diminutas estructuras parecidas a árboles de Navidad en la superficie superior de sus alas. Además, los fenómenos físicos complejos entre la luz y los árboles de Navidad hacen posible observar el color azul como casi insensible al ángulo. "Esto es muy sorprendente porque normalmente el color estructural aparece iridiscente como un arco iris cuando es generado por fenómenos físicos similares, como la refracción, por ejemplo", dice el investigador de RUB, Gordon Zyla.

Colores estructurales de inspiración biológica para aplicaciones contra la falsificación

En su trabajo actual, publicado en el Journal of Optical Microsystems , los investigadores presentan un rediseño exitoso de sus estructuras inspiradas en mariposas de publicaciones anteriores. Los rediseños les permitieron observar el color azul insensible al ángulo resultante de manera uniforme o solo desde direcciones específicas. Para ello, primero analizaron las propiedades ópticas y la morfología de la superficie del ala de una mariposa Morpho didius en la CAU. Según sus hallazgos, dedujeron que pueden controlar la dirección en la que aparece el color insensible al ángulo cambiando la geometría de sus estructuras jerárquicamente compuestas solo en la microescala mientras siguen imitando las estructuras de la mariposa en la nanoescala.

Los diseños novedosos propuestos por los autores son adecuados, por ejemplo, para la fabricación de funciones antifalsificación de alta complejidad. En general, su investigación demuestra el gran potencial de la tecnología 2PP para su uso en biomimética. En este contexto, los autores asumen que se podría imitar una amplia variedad de estructuras funcionales de la naturaleza utilizando 2PP en combinación con nuevos materiales fotosensibles. Por lo tanto, otros superpoderes que se encuentran en los organismos también podrían hacerse accesibles para diferentes aplicaciones de ingeniería. Estos son, por ejemplo, la adherencia mejorada y la resistencia al desgaste de varias superficies, la superhidrofobicidad, comúnmente denominada efecto loto, u otras coloraciones utilizadas en la naturaleza como señales de advertencia, camuflaje o comunicación intrasexual. + Explora más

Uso de la morfología de mariposa para imprimir en 3D nanoestructuras de colores