Para sobreviver em habitats extremos, muitos animais e plantas desenvolveram habilidades brilhantes que de outra forma só conhecemos de super-heróis em filmes. Na maioria dos casos, suas habilidades são baseadas nas propriedades extraordinárias de suas superfícies. A imitação dessas propriedades oferece um enorme potencial no campo da engenharia para desenvolver novos produtos e resolver problemas técnicos. As equipes de pesquisa de Bochum e Kiel conseguiram imitar a cor estrutural das famosas borboletas azuis Morpho usando uma tecnologia de impressão 3D de alta precisão conhecida como polimerização de dois fótons (2PP). Os pesquisadores apresentam suas mais recentes descobertas em um artigo publicado no Journal of Optical Microsystems em 2 de setembro de 2022.
O estudo no campo da biomimética foi conduzido por pesquisadores do Applied Laser Technologies da Ruhr-Universität Bochum (RUB), liderados pelo professor Andreas Ostendorf e pelo professor Cemal Esen, e do grupo Functional Morphology and Biomechanics da Kiel University (CAU), chefiado pelo professor Stanislav Gorb.

Impressão 3D de árvores de Natal de inspiração biológica

2PP é uma tecnologia de impressão baseada em laser que permite o processamento de resinas fotossensíveis em todas as três dimensões. Ao contrário das técnicas de impressão convencionais, é possível criar estruturas 3D complexas e verdadeiras usando modelos virtuais de computador sem a necessidade de estruturas de suporte. Além disso, o 2PP permite alta resolução, pois recursos estruturais únicos podem medir um tamanho de até 100 nanômetros. Esse número corresponde aproximadamente a um milésimo da espessura do cabelo humano.

Os recursos de impressão 3D do 2PP permitiram que os pesquisadores produzissem estruturas hierarquicamente compostas em escala micro e nanométrica. Desta forma, eles foram capazes de imitar a cor estrutural das borboletas azuis Morpho, incluindo suas extraordinárias propriedades ópticas. A cor das borboletas é formada por pequenas estruturas semelhantes a árvores de Natal na superfície superior da asa. Além disso, fenômenos físicos complexos entre a luz e as árvores de Natal tornam possível observar a cor azul como quase insensível ao ângulo. “Isso é muito surpreendente porque normalmente a cor estrutural parece iridescente como um arco-íris quando é gerada por fenômenos físicos semelhantes, como a refração, por exemplo”, diz o pesquisador do RUB Gordon Zyla.

Cores estruturais de inspiração biológica para aplicações antifalsificação

Em seu trabalho atual, publicado no Journal of Optical Microsystems , os pesquisadores apresentam um redesenho bem-sucedido de suas estruturas inspiradas em borboletas de publicações anteriores. Os redesenhos permitiram que eles observassem a cor azul insensível ao ângulo resultante de maneira uniforme ou apenas de direções específicas. Para isso, eles primeiro analisaram as propriedades ópticas e a morfologia da superfície da asa de uma borboleta Morpho didius no CAU. Com base em suas descobertas, eles concluíram que podem controlar a direção na qual a cor insensível ao ângulo aparece alterando a geometria de suas estruturas hierarquicamente compostas apenas em microescala, enquanto ainda imitam as estruturas da borboleta em nanoescala.

Os novos projetos propostos pelos autores são adequados, por exemplo, para a fabricação de recursos antifalsificação de alta complexidade. No geral, sua pesquisa demonstra o grande potencial da tecnologia 2PP para seu uso em biomimética. Neste contexto, os autores assumem que uma grande variedade de estruturas funcionais da natureza podem ser imitadas usando 2PP em combinação com novos materiais fotossensíveis. Assim, outras superpotências encontradas em organismos também poderiam ser disponibilizadas para diferentes aplicações de engenharia. Estas são, por exemplo, melhor adesão e resistência ao desgaste em várias superfícies, super-hidrofobicidade, comumente referida como efeito lótus, ou outras colorações usadas na natureza como sinais de alerta, camuflagem ou comunicação intrasexual. + Explorar mais

Usando morfologia de borboleta para imprimir em 3D nanoestruturas coloridas