Inspirada en el pulpo: la nanoóptica activa hace posible la piel fotónica
Inspirándose en la capacidad de adaptación de los pulpos, un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford (EE.UU.) y la Universidad de Paderborn ha desarrollado una plataforma similar a una fina película capaz de cambiar dinámicamente no sólo su color, sino también la estructura de su superficie. En el futuro, esta tecnología podría utilizarse en sistemas inteligentes de camuflaje, pantallas flexibles, sistemas robóticos o incluso aplicaciones de bioingeniería como la manipulación celular selectiva. Los resultados se han publicado en la prestigiosa revista Nature.
Este concepto se basa en una película de polímero compuesto relativamente extendida que contiene el material sulfonato de poliestireno, que se hincha cuando se expone a la humedad y forma delicadas estructuras a nanoescala. El catedrático Nicholas Güsken, del Departamento de Física de la Universidad de Paderborn, explicó: "La litografía por haz de electrones, que se emplea en la fabricación de semiconductores, puede utilizarse para pretratar con precisión la película de modo que determinadas zonas se hinchen en cantidades variables. Así se crean patrones superficiales controlados que aparecen cuando se exponen a la humedad y cambian de brillantes a mates en función del contenido de agua".
La estructura de la superficie afecta a la difusión de la luz y crea un resultado visual realista. Además, se utilizaron resonadores Fabry-Pérot para generar colores, en un proceso en el que las capas metálicas de la película de polímero alteran la longitud de onda de la luz reflejada en función del grosor de la película. Esto permite que una película de un solo color se transforme en un patrón complejo y colorido una vez introducida la humedad. Las estructuras son reversibles: al controlar el contenido de agua en la zona circundante, la superficie vuelve a su estado plano original o muestra nuevos patrones específicos. De este modo, la piel fotónica se adapta al fondo, como un pulpo. "Aún estamos lejos de alcanzar toda la complejidad de la fisiología de los cefalópodos, con su intrincado control muscular y su ajuste en tiempo real. Este trabajo nos acerca un paso más a una de sus capacidades clave, que es simular no sólo el color sino también la textura de una superficie de forma realista", señala el autor principal, Siddharth Doshi, antiguo estudiante de doctorado en la Universidad de Stanford y ahora becario posdoctoral en Caltech.
La combinación de varias capas permitió controlar el color y la textura de forma independiente, algo que nunca antes se había conseguido. El control activo de las interacciones luz-materia a escala micrométrica y nanométrica ofrece un amplio abanico de oportunidades para la ciencia fundamental y las aplicaciones tecnológicas", explicó el profesor Güsken. En el futuro se intentará integrar la inteligencia artificial (IA) y su subcampo de la visión por ordenador, de modo que la adaptación a distintos entornos pueda realizarse automáticamente y en tiempo real. Además, también se explorará la tecnología de materiales desde una perspectiva artística.
El profesor Güsken, que antes formaba parte del grupo de investigación de Stanford, pasó varios meses desarrollando su propio grupo de investigación en la Universidad de Paderborn. Participó en el diseño y la fabricación de la capa de película fina en el marco del proyecto dirigido por el Dr. Doshi.
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