Generalmente, cuando pensamos en el color, pensamos en pigmentos y tintes. Crédito:Shutterstock
Algunas de las criaturas de colores más vibrantes del reino animal no deben sus asombrosos colores al pigmento. En lugar de, se cubren con estructuras microscópicas que afinan la forma en que reflejan la luz.
Ahora, estos animales están inspirando una nueva generación de nanotecnología.
Entender por qué estas estructuras ocurren en la naturaleza, y cómo podemos aprender a usarlos, ha inspirado la iniciativa de investigación BioInspiration Hallmark de la Universidad de Melbourne; un proyecto que toma principios que sustentan los sistemas biológicos y los aplica creativamente a la tecnología y al diseño.
De los escarabajos a las nuevas tecnologías
Profesor Devi Stuart-Fox, investigador de la Escuela de Biociencias de la Universidad de Melbourne, actualmente está investigando el mundo del color en el reino animal.
"¿Puedo darte un ejemplo?" ella pregunta, señalando una colección de escarabajos de caparazón brillante en la mesa frente a ella.
"Tenemos muchos escarabajos que son tan brillantes y metálicos que casi parecen espejos y la pregunta es '¿por qué?'"
Dentro de la Iniciativa BioInspiration, El profesor Stuart-Fox colabora con la profesora Ann Roberts, de la Facultad de Física de la Universidad, que trabaja en la fabricación de color estructural para aplicaciones tecnológicas como pantallas más compactas y cámaras de mayor resolución.
Aspectos de color
"Cuando piensas en objetos de colores, generalmente piensas en colores que se basan en pigmentos o tintes, "Explica el profesor Roberts.
"En esos materiales, las diferentes longitudes de onda se absorberán selectivamente y las otras se reflejarán, y esto es lo que percibimos como coloreado ".
El color estructural permite efectos como la iridiscencia. Crédito:Shutterstock
El color estructural tiene más matices.
Al cubrir un material con matrices de nanoestructuras, es posible ajustar la superficie de un material a longitudes de onda de luz específicas.
Adaptar el tamaño y la forma de estas estructuras significa que los científicos pueden cambiar las partes del espectro visible con las que interactúa una superficie.
Pueden sintonizar con precisión qué longitudes de onda se reflejan, creando colores ultrapuros, así como qué longitudes de onda se transmiten, hacer la superficie transparente para seleccionar colores o polarizaciones de luz.
Un nuevo mundo de color
Comparado con los pigmentos, los colores estructurales abren un mundo de posibilidades.
"Hay todos estos efectos ópticos que se obtienen con el color estructural que no se obtienen con los colores basados en pigmentos, "Explica el profesor Stuart-Fox.
El color estructural permite efectos como iridiscencia, donde una superficie cambia de color dependiendo del ángulo de visión.
Puedes ver esto en exhibición en el plumaje de los colibríes. Este mismo efecto es responsable de los reflejos de los colores del arco iris que se ven en la parte inferior de los CD y DVD, y la pintura nacarada que cambia de color en los coches.
El dilema de la complejidad
El enigma de los biólogos como el profesor Stuart-Fox es descubrir por qué los animales utilizan una coloración tan compleja. Con algunos escarabajos, la estructura de su caparazón crea un efecto de espejo.
Los físicos están buscando formas de aprovechar los efectos estructurales para las aplicaciones tecnológicas. Crédito:Shutterstock
"Una idea es que son tan brillantes que reflejan la vegetación circundante, entonces es camuflaje. A pesar de que parece que se destacarían como un pulgar dolorido, realmente funciona, " ella dice.
"La explicación alternativa es que las aves y otros animales pueden distinguir fácilmente estos objetos brillantes, pero los evitan, piensan que 'eso no es comida'. Pero ninguna de estas ideas ha sido probada ".
El profesor Stuart-Fox está preparando un gran experimento colocando cientos de réplicas de escarabajos en selvas tropicales y entornos abiertos para tratar de distinguir entre las teorías del camuflaje y la evitación.
También está ejecutando una tarea de búsqueda visual que hace que las personas usen rastreadores oculares móviles para ver qué tan efectivo es el camuflaje de los escarabajos contra los humanos.
Naturaleza inspiradora de nuevas tecnologías
Mientras que los biólogos analizan los beneficios evolutivos del color estructural, físicos como el profesor Roberts están trabajando en formas de aprovechar los efectos estructurales para aplicaciones tecnológicas.
Una forma de hacer color estructural en el laboratorio es tallar patrones en un material usando electrones en un proceso llamado litografía por haz de electrones.
Pero esto puede llevar mucho tiempo y resultar caro, y solo se puede usar en pequeños parches de material.
"De hecho, estamos trabajando para desarrollar un enfoque más escalable, "dice el profesor Roberts.
Su trabajo consiste en producir moldes reutilizables que sellan la estructura en plásticos blandos, que es mucho más eficiente para cubrir grandes superficies que la litografía por haz de electrones. También simplifica significativamente el proceso de coloración.
Si nos fijamos en la impresión en color estándar, Requiere capas de varias tintas diferentes, por eso las impresoras de inyección de tinta tienen varios cartuchos de color. Pero el color estructural puede lograr el mismo resultado con un solo sello.
Los píxeles más pequeños permiten resoluciones más altas y una tecnología más compacta. Crédito:Shutterstock
Y, a diferencia de su contraparte a base de pigmentos, el color estructural no se desvanece con el tiempo.
El futuro del color
Si bien el color estructural puede tener usos estéticos, La investigación del profesor Roberts busca aplicaciones más valiosas de la tecnología, lo que podría permitir la producción de cámaras de mayor resolución, así como pantallas de televisión y teléfonos inteligentes ultradelgadas.
Para lograr cosas como una resolución más alta, tenemos que hacer que los píxeles de estos dispositivos sean más pequeños.
Los píxeles usan un rojo diminuto, filtros verdes y azules para producir los colores que vemos en nuestras pantallas. Entonces, El tamaño de píxel está fundamentalmente limitado por el tamaño de los filtros de color que puede producir.
Los filtros a base de pigmentos en los dispositivos actuales generalmente tienen un grosor de unos pocos micrómetros. Pero con color estructural, El profesor Roberts puede crear filtros diez veces más delgados, moviéndose a la escala nanométrica. Los píxeles más pequeños permiten resoluciones más altas y una tecnología más compacta.
Su investigación reciente implica la integración de un filtro de color estructural directamente en un chip de silicio.
"Los filtros que producen rojo-verde-azul son entonces parte integrante del dispositivo real, no estás usando un filtro grueso a base de tinte que le pones encima, " ella dice.
Esto no solo le permite hacer filtros más pequeños, también evita las dificultades de fabricación asociadas con la alineación de filtros de pigmento con píxeles en la microescala.
El profesor Stuart-Fox dice que la utilidad del color estructural está en su diversidad.
"Las estructuras biológicas tienden a ser complejas, pero utilizan algunos componentes básicos, " ella dice.
"Ahora que tenemos la capacidad de fabricar estructuras y materiales más complejos, tenemos más capacidad para aprovechar la biología como fuente de inspiración ".
