A maioria dos objetos que vemos são coloridos por pigmentos, mas usar pigmentos tem desvantagens:essas cores podem desbotar, pigmentos industriais são frequentemente tóxicos, e certos efeitos de cor são impossíveis de obter. O mundo natural, Contudo, também exibe coloração estrutural, onde a microestrutura de um objeto faz com que várias cores apareçam. Penas de pavão, por exemplo, são castanhos pigmentados, mas - por causa de longos buracos dentro das penas - refletem o lindo, azuis e verdes iridescentes que vemos e admiramos. Avanços recentes na tecnologia tornaram prático fabricar o tipo de nanoestruturas que resultam na coloração estrutural, e cientistas da computação do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (IST Áustria) e da Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah (KAUST) criaram agora uma ferramenta computacional que cria automaticamente modelos de impressão 3D para nanoestruturas que correspondem a cores. Seu trabalho demonstra o grande potencial para coloração estrutural na indústria, e abre possibilidades para não especialistas criarem seus próprios designs. Este projeto será apresentado na principal conferência de computação gráfica deste ano, SIGGRAPH 2018, pelo primeiro autor e pós-doutorado do IST Áustria, Thomas Auzinger.

As cores mutáveis ​​de um camaleão e os azuis e verdes iridescentes da borboleta morfo, entre muitos outros na natureza, são o resultado da coloração estrutural, onde nanoestruturas causam efeitos de interferência na luz, resultando em uma variedade de cores quando visualizadas macroscopicamente. A coloração estrutural tem certas vantagens sobre a coloração com pigmentos (onde determinados comprimentos de onda são absorvidos), mas até recentemente, os limites da tecnologia significavam que a fabricação de tais nanoestruturas exigia métodos altamente especializados. Novas configurações de "gravação direta a laser", Contudo, custam tanto quanto uma impressora 3-D industrial de alta qualidade, e permitem a impressão na escala de centenas de nanômetros (100 - 1000 vezes mais fina do que um fio de cabelo humano), abrindo possibilidades para os cientistas experimentarem a coloração estrutural.

Até aqui, os cientistas experimentaram principalmente com nanoestruturas que observaram na natureza, ou com simples, projetos nanoestruturais regulares (por exemplo, fileira após fileira de pilares). Thomas Auzinger e Bernd Bickel do IST Áustria, junto com Wolfgang Heidrich da KAUST, Contudo, adotou uma abordagem inovadora que difere em vários aspectos importantes. Primeiro, eles resolvem a tarefa de design inversa:o usuário insere a cor que deseja replicar, e então o computador cria um padrão de nanoestrutura que dá essa cor, ao invés de tentar reproduzir estruturas encontradas na natureza. Além disso, "nossa ferramenta de design é totalmente automática, "diz Thomas Auzinger." Nenhum esforço extra é necessário por parte do usuário. "

Segundo, as nanoestruturas no modelo não seguem um padrão particular ou têm uma estrutura regular; eles parecem ser compostos aleatoriamente - uma ruptura radical com os métodos anteriores, mas com muitas vantagens. "Ao olhar para o modelo produzido pelo computador, não posso dizer apenas pela estrutura se vejo um padrão de azul, vermelho ou verde, "explica Auzinger." Mas isso significa que o computador está encontrando soluções que nós, como humanos, não conseguia. Esta estrutura de forma livre é extremamente poderosa:permite uma maior flexibilidade e abre possibilidades para efeitos de coloração adicionais. "Por exemplo, sua ferramenta de design pode ser usada para imprimir um quadrado que parece vermelho de um ângulo, e o azul de outro (conhecido como coloração direcional).

Finalmente, esforços anteriores também tropeçaram quando se tratava de fabricação real:os desenhos eram muitas vezes impossíveis de imprimir. A nova ferramenta de design, Contudo, garante que o usuário terá um modelo para impressão, o que o torna extremamente útil para o desenvolvimento futuro da coloração estrutural na indústria. "A ferramenta de design pode ser usada para criar protótipos de novas cores e outras ferramentas, bem como para encontrar estruturas interessantes que poderiam ser produzidas industrialmente, "acrescenta Auzinger. Os testes iniciais da ferramenta de design já produziram resultados bem-sucedidos." É incrível ver algo composto inteiramente de materiais transparentes parecer colorido, simplesmente por causa de estruturas invisíveis ao olho humano, "diz Bernd Bickel, professor do IST Áustria. "Estamos ansiosos para experimentar materiais adicionais, para expandir a gama de efeitos que podemos alcançar. "

"É particularmente emocionante testemunhar o papel crescente das ferramentas computacionais na fabricação, "conclui Auzinger, "e ainda mais emocionante ver a expansão da 'computação gráfica' para incluir imagens físicas e virtuais."