12 سپتامبر 2022 -توسط Ruhr-Universitaet-Bochum
تصویر به طور شماتیک تقلید درختان کریسمس کوچک را نشان می دهد که رنگ معروف پروانه های آبی مورفو را تولید می کنند. © Zyla et al. اعتبار: RUB
برای زنده ماندن در زیستگاه های سخت ، بسیاری از حیوانات و گیاهان توانایی های درخشانی را ایجاد کرده اند که در غیر این صورت ما فقط درمورد ابرقهرمانان در فیلم ها می شناسیم. در بیشتر موارد، توانایی های آنها بر اساس خواص فوق العاده سطوح آنها است. تقلید از این ویژگی ها پتانسیل عظیمی را در زمینه مهندسی برای توسعه محصولات جدید و حل مشکلات فنی ارائه می دهد. تیم‌های تحقیقاتی از بوخوم و کیل موفق شده‌اند رنگ ساختاری پروانه‌های آبی معروف Morpho را با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی با دقت بالا به نام پلیمریزاسیون دو فوتونی (2PP) تقلید کنند. محققان جدیدترین یافته های خود را در مقاله ای که در مجله Optical Microsystems در 2 سپتامبر 2022 منتشر شده است، ارائه می دهند.
این مطالعه در زمینه بیومیمتیک توسط محققانی از فناوری‌های لیزر کاربردی در دانشگاه روهر بوخوم (RUB) به سرپرستی پروفسور آندریاس اوستندورف و پروفسور جمال اسن و از گروه مورفولوژی و بیومکانیک عملکردی به سرپرستی پروفسور استانیسلاو گورب. در دانشگاه کیل (CAU) انجام شد.
چاپ سه بعدی درختان کریسمس با الهام از بیولوژیک
2PP یک فناوری چاپ مبتنی بر لیزر است که امکان پردازش رزین های حساس به نور را در هر سه بعد فراهم می کند. بر خلاف تکنیک های چاپ مرسوم، بنابراین، ایجاد ساختارهای سه بعدی پیچیده و واقعی با استفاده از مدل های رایانه مجازی بدون نیاز به ساختارهای پشتیبانی امکان پذیر است. علاوه بر این، 2PP وضوح بالا را امکان پذیر می کند زیرا ویژگی های ساختاری منفرد می توانند اندازه تا 100 نانومتر را اندازه گیری کنند. این عدد تقریباً برابر با یک هزارم ضخامت موی انسان است.
قابلیت های پرینت سه بعدی 2PP محققان را قادر می سازد تا ساختارهایی با ترکیب سلسله مراتبی در مقیاس میکرو و نانومتری تولید کنند. به این ترتیب آنها توانستند رنگ ساختاری پروانه های آبی مورفو از جمله خواص نوری خارق العاده آنها را تقلید کنند. رنگ پروانه ها توسط ساختارهای ریز درخت کریسمس در سطح بال بالایی آنها شکل می گیرد. علاوه بر این، پدیده‌های فیزیکی پیچیده بین نور و درخت‌های کریسمس، مشاهده رنگ آبی تقریباً حساس به زاویه را ممکن می‌سازد. گوردون زیلا، محقق RUB، می‌گوید: «این بسیار شگفت‌آور است، زیرا رنگ ساختاری معمولاً زمانی که توسط پدیده‌های فیزیکی مشابهی مانند شکست ایجاد می‌شود، مانند رنگین کمان کمانی به نظر می‌رسد.»
رنگ های ساختاری با الهام از بیولوژیک برای کاربردهای ضد جعل
محققان در کار فعلی خود که در مجله Optical Microsystems منتشر شده است، طراحی مجدد موفقی از ساختارهای الهام گرفته از پروانه خود را از انتشارات قبلی ارائه می دهند. طراحی مجدد آنها را قادر ساخت تا رنگ آبی حساس به زاویه حاصل را به طور یکنواخت یا فقط از جهات خاص مشاهده کنند. برای این منظور، آنها ابتدا خواص نوری و مورفولوژی سطح بال یک پروانه Morpho didius را در CAU تجزیه و تحلیل کردند. بر اساس یافته‌های خود، آنها به این نتیجه رسیدند که می‌توانند جهت ظاهر شدن رنگ حساس به زاویه را با تغییر هندسه ساختارهای ترکیبی سلسله مراتبی خود تنها در مقیاس میکرو کنترل کنند، در حالی که همچنان ساختارهای پروانه‌ها را در مقیاس نانو تقلید می‌کنند.
طرح‌های جدید پیشنهاد شده توسط نویسندگان، برای مثال، برای ساخت ویژگی‌های بسیار پیچیده ضد جعل مناسب هستند. به طور کلی، تحقیقات آنها پتانسیل بزرگ فناوری 2PP را برای استفاده از آن در بیومیمتیک نشان می دهد. در این زمینه، نویسندگان فرض می کنند که طیف گسترده ای از ساختارهای کاربردی از طبیعت را می توان با استفاده از 2PP در ترکیب با مواد حساس به نور جدید تقلید کرد. بنابراین، دیگر ابرقدرت‌های موجود در موجودات نیز می‌توانند برای کاربردهای مهندسی مختلف قابل دسترسی باشند. اینها، برای مثال، بهبود چسبندگی و مقاومت در برابر سایش به سطوح مختلف، آبگریز بودن، که معمولاً به عنوان اثر نیلوفر آبی شناخته می‌شود، یا سایر رنگ‌هایی که در طبیعت به‌عنوان سیگنال‌های هشدار، استتار یا ارتباطات درون جنسی استفاده می‌شوند، هستند.
