Ispirato dal polpo: la nano-ottica attiva consente la pelle fotonica
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Ispirandosi alla capacità di adattamento dei polipi, un team di ricercatori dell'Università di Stanford (USA) e dell'Università di Paderborn ha sviluppato una piattaforma simile a una pellicola sottile in grado di cambiare dinamicamente non solo il suo colore, ma anche la sua struttura superficiale. In futuro, questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per sistemi di mimetizzazione intelligenti, display flessibili, sistemi robotici o persino applicazioni di bioingegneria come la manipolazione mirata delle cellule. I risultati sono stati pubblicati sulla famosa rivista "Nature".
Questo concetto si basa su una pellicola polimerica composita relativamente diffusa che contiene il materiale polistirene solfonato, che si gonfia quando viene esposto all'umidità e forma delicate strutture su scala nanometrica. Il professore junior Nicholas Güsken, del Dipartimento di Fisica dell'Università di Paderborn, ha spiegato: "La litografia a fascio di elettroni, utilizzata nella produzione di semiconduttori, può essere utilizzata per pretrattare con precisione la pellicola in modo che alcune aree si gonfino in quantità variabile. In questo modo si creano modelli di superficie controllati che appaiono quando vengono esposti all'umidità e cambiano da lucidi a opachi a seconda del contenuto d'acqua".
La struttura della superficie influisce sulla diffusione della luce e crea un risultato visivo realistico. Inoltre, per generare i colori sono stati utilizzati i risonatori Fabry-Pérot, in un processo in cui gli strati metallici della pellicola polimerica alterano la lunghezza d'onda della luce riflessa a seconda dello spessore della pellicola. In questo modo, una pellicola monocolore può trasformarsi in un disegno complesso e colorato una volta introdotta l'umidità. Le strutture sono reversibili: il controllo del contenuto d'acqua nell'area circostante fa sì che la superficie ritorni allo stato piatto originale o mostri nuovi motivi specifici. Questo permette alla pelle fotonica di adattarsi allo sfondo, proprio come fa un polpo. "Siamo ancora lontani dal raggiungere la piena complessità della fisiologia dei cefalopodi, con il suo intricato controllo muscolare e la regolazione in tempo reale. Questo lavoro ci porta un passo più vicino a una delle loro capacità chiave, che consiste nel simulare non solo il colore ma anche la struttura di una superficie in modo realistico", ha osservato l'autore principale Siddharth Doshi, ex dottorando dell'Università di Stanford e ora borsista post-dottorato al Caltech.
La combinazione di più strati ha permesso di controllare il colore e la struttura in modo indipendente, cosa che non era mai stata ottenuta prima. Controllare attivamente le interazioni luce-materia a livello micrometrico e nanometrico offre un'ampia gamma di opportunità per la scienza fondamentale e per le applicazioni tecnologiche", ha spiegato il professor Güsken. Gli sviluppi futuri cercheranno di integrare l'intelligenza artificiale (AI) e il suo sottocampo della computer vision, in modo che l'adattamento a diversi contesti possa avvenire automaticamente e in tempo reale. Inoltre, la tecnologia dei materiali sarà esplorata anche da una prospettiva artistica.
Il professore junior Güsken, che in precedenza faceva parte del gruppo di ricerca di Stanford, ha trascorso diversi mesi a sviluppare il proprio gruppo di ricerca all'Università di Paderborn. Ha partecipato alla progettazione e alla produzione dello strato di film sottile nell'ambito del progetto diretto dal Dr. Doshi.
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