Per sopravvivere in habitat estremi, molti animali e piante hanno sviluppato abilità brillanti che altrimenti conosciamo solo dai supereroi nei film. Nella maggior parte dei casi, le loro capacità si basano sulle straordinarie proprietà delle loro superfici. L'imitazione di queste proprietà offre un enorme potenziale nel campo dell'ingegneria per lo sviluppo di nuovi prodotti e la risoluzione di problemi tecnici. I team di ricerca di Bochum e Kiel sono riusciti a imitare il colore strutturale delle famose farfalle blu Morpho utilizzando una tecnologia di stampa 3D ad alta precisione denominata polimerizzazione a due fotoni (2PP). I ricercatori presentano le loro ultime scoperte in un documento pubblicato nel Journal of Optical Microsystems il 2 settembre 2022.

Lo studio nel campo della biomimetica è stato condotto da ricercatori dell'Applied Laser Technologies della Ruhr-Universität Bochum (RUB), guidati dal professor Andreas Ostendorf e dal professor Cemal Esen, e dal gruppo Functional Morphology and Biomechanics dell'Università di Kiel (CAU), guidato dal professor Stanislav Gorb.

Stampa 3D di alberi di Natale di ispirazione biologica

2PP è una tecnologia di stampa basata su laser che consente la lavorazione di resine fotosensibili in tutte e tre le dimensioni. A differenza delle tecniche di stampa convenzionali, è quindi possibile creare strutture 3D complesse e reali utilizzando modelli di computer virtuali senza la necessità di strutture di supporto. Inoltre, 2PP consente l'alta risoluzione poiché singole caratteristiche strutturali possono misurare dimensioni fino a 100 nanometri. Questo numero corrisponde all'incirca a un millesimo dello spessore di un capello umano.

Le capacità di stampa 3D di 2PP hanno consentito ai ricercatori di produrre strutture composte gerarchicamente su scala micro e nanometrica. In questo modo, sono stati in grado di imitare il colore strutturale delle farfalle Morpho blu, comprese le loro straordinarie proprietà ottiche. Il colore delle farfalle è formato da minuscole strutture simili ad alberi di Natale sulla superficie dell'ala superiore. Inoltre, complessi fenomeni fisici tra la luce e gli alberi di Natale permettono di osservare il colore blu come quasi insensibile all'angolo. "Questo è molto sorprendente perché normalmente il colore strutturale appare iridescente come un arcobaleno quando è generato da fenomeni fisici simili, come la rifrazione, ad esempio", afferma il ricercatore di RUB Gordon Zyla.

Colori strutturali di ispirazione biologica per applicazioni anticontraffazione

Nel loro lavoro attuale, pubblicato nel Journal of Optical Microsystems , i ricercatori presentano una riprogettazione riuscita delle loro strutture ispirate alle farfalle rispetto a pubblicazioni precedenti. Le riprogettazioni hanno consentito loro di osservare il colore blu insensibile all'angolo risultante in modo uniforme o solo da direzioni specifiche. A tal fine, hanno prima analizzato le proprietà ottiche e la morfologia della superficie alare di una farfalla Morpho didius al CAU. Sulla base delle loro scoperte, hanno dedotto che possono controllare la direzione in cui appare il colore insensibile all'angolo cambiando la geometria delle loro strutture composte gerarchicamente solo su microscala, mentre continuano a imitare le strutture della farfalla su nanoscala.

I nuovi design proposti dagli autori sono adatti, ad esempio, alla realizzazione di dispositivi anticontraffazione altamente complessi. Nel complesso, la loro ricerca dimostra il grande potenziale della tecnologia 2PP per il suo utilizzo nella biomimetica. In questo contesto, gli autori presumono che un'ampia varietà di strutture funzionali dalla natura potrebbe essere imitata utilizzando 2PP in combinazione con nuovi materiali fotosensibili. Pertanto, anche altri superpoteri trovati negli organismi potrebbero essere resi accessibili per diverse applicazioni ingegneristiche. Questi sono, ad esempio, una migliore adesione e resistenza all'usura su varie superfici, superidrofobicità, comunemente indicata come effetto loto, o altre colorazioni utilizzate in natura come segnali di avvertimento, mimetizzazione o comunicazione intrasessuale. + Esplora ulteriormente

Utilizzo della morfologia delle farfalle per la stampa 3D di nanostrutture colorate