Des surfaces imprimées en 3D inspirées par la nature
Couleurs structurelles d'inspiration biologique pour des applications anti-contrefaçon
Les scientifiques peuvent utiliser le rayonnement laser pour imprimer de minuscules structures avec une grande précision. Cette approche leur permet d'imiter les superpouvoirs des animaux et des plantes et les rend accessibles aux applications d'ingénierie.
La structure de la surface de ses ailes donne au papillon morpho sa couleur bleue.
pixabay.com
Pour survivre dans des habitats extrêmes, de nombreux animaux et plantes ont développé de brillantes capacités que nous ne connaissons autrement que par les super-héros des films. Dans la plupart des cas, leurs capacités reposent sur les propriétés extraordinaires de leurs surfaces. L'imitation de ces propriétés offre un énorme potentiel dans le domaine de l'ingénierie pour le développement de nouveaux produits et la résolution de problèmes techniques. Des équipes de recherche de Bochum et de Kiel ont réussi à imiter la couleur structurelle des célèbres papillons Morpho bleus en utilisant une technologie d'impression 3D de haute précision appelée polymérisation à deux photons (2PP). Les chercheurs présentent leurs dernières découvertes dans un article publié dans le Journal of Optical Microsystems le 2 septembre 2022.
L'étude dans le domaine de la biomimétique a été menée par des chercheurs du département "Applied Laser Technologies" de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), dirigé par les professeurs Andreas Ostendorf et Cemal Esen, et du groupe "Functional Morphology and Biomechanics" de l'université de Kiel (CAU), dirigé par le professeur Stanislav Gorb.
Impression 3D de sapins de Noël d'inspiration biologique
La technologie 2PP est une technologie d'impression au laser qui permet de traiter des résines photosensibles dans les trois dimensions. Contrairement aux techniques d'impression conventionnelles, il est donc possible de créer des structures 3D complexes et véritables à partir de modèles informatiques virtuels, sans avoir recours à des structures de soutien. En outre, la technologie 2PP permet d'obtenir une haute résolution puisque les caractéristiques structurelles uniques peuvent mesurer jusqu'à 100 nanomètres. Ce nombre correspond à peu près à un millième de l'épaisseur d'un cheveu humain.
Les capacités d'impression 3D du 2PP ont permis aux chercheurs de produire des structures hiérarchiquement composées à l'échelle micro et nanométrique. Ils ont ainsi pu imiter la couleur structurelle des papillons Morpho bleus, y compris leurs extraordinaires propriétés optiques. La couleur des papillons est formée par de minuscules structures ressemblant à des arbres de Noël sur la surface supérieure de leurs ailes. En outre, des phénomènes physiques complexes entre la lumière et les arbres de Noël permettent d'observer la couleur bleue comme étant presque insensible à l'angle. "C'est très surprenant car, normalement, la couleur structurelle apparaît irisée comme un arc-en-ciel lorsqu'elle est générée par des phénomènes physiques similaires, comme la réfraction, par exemple", explique Gordon Zyla, chercheur à la RUB.
Des couleurs structurelles d'inspiration biologique pour des applications anti-contrefaçon
Dans leurs travaux actuels, publiés dans le Journal of Optical Microsystems, les chercheurs présentent une nouvelle conception réussie de leurs structures inspirées des papillons et issues de publications précédentes. Ces modifications leur ont permis d'observer la couleur bleue insensible à l'angle qui en résulte de manière uniforme ou uniquement depuis des directions spécifiques. À cette fin, ils ont d'abord analysé les propriétés optiques et la morphologie de la surface de l'aile d'un papillon Morpho didius au CAU. Sur la base de leurs résultats, ils ont conclu qu'ils pouvaient contrôler la direction dans laquelle la couleur insensible à l'angle apparaît en modifiant la géométrie de leurs structures hiérarchiquement composées uniquement à l'échelle microscopique, tout en imitant les structures du papillon à l'échelle nanométrique.
Les nouveaux modèles proposés par les auteurs conviennent, par exemple, à la fabrication d'éléments anti-contrefaçon très complexes. Dans l'ensemble, leur recherche démontre le grand potentiel de la technologie 2PP pour son utilisation en biomimétique. Dans ce contexte, les auteurs supposent qu'une grande variété de structures fonctionnelles de la nature pourraient être imitées en utilisant la technologie 2PP en combinaison avec de nouveaux matériaux photosensibles. Ainsi, d'autres superpouvoirs présents dans les organismes pourraient également être rendus accessibles pour différentes applications d'ingénierie. Il s'agit, par exemple, de l'amélioration de l'adhérence et de la résistance à l'usure sur diverses surfaces, de la superhydrophobie, communément appelée effet lotus, ou d'autres colorations utilisées dans la nature comme signaux d'alerte, camouflage ou communication intrasexuelle.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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