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(Noticias de Nanowerk) Imagine estirar una película para revelar un mensaje oculto. O comprobar el color de una pulsera para medir la masa muscular. O use un traje de baño que cambie de color a medida que da vueltas. Tales materiales camaleónicos que cambian de color podrían estar en el horizonte gracias a una técnica fotográfica revivida y reutilizada por ingenieros del MIT.
Al aplicar una técnica de fotografía en color del siglo XIX a los materiales holográficos modernos, un equipo del MIT imprimió imágenes a gran escala en materiales elásticos que pueden cambiar de color cuando se estiran y reflejan diferentes longitudes de onda a medida que se tensiona el material.
Los investigadores produjeron películas estirables impresas con ramos de flores detallados que cambian de tonos cálidos a más fríos a medida que se estiran las películas. También imprimieron películas que mostraban la huella de objetos como una fresa, una moneda y una huella dactilar.
![un alivio de un centavo se emite en colores brillantes](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61189_1.jpg)
Los hallazgos del equipo proporcionan la primera técnica de fabricación escalable para producir materiales detallados a gran escala con «color estructural», color que surge como resultado de la estructura microscópica de un material y no a través de aditivos químicos o tintes.
«La escala de estos materiales no es trivial porque tienes que controlar estas estructuras a nanoescala», dice Benjamin Miller, estudiante de posgrado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. «Ahora que hemos superado ese obstáculo de escala, podemos explorar preguntas como: ¿Podemos usar este material para hacer una piel robótica que tenga un sentido del tacto similar al humano? ¿Y podemos desarrollar dispositivos táctiles para cosas como la realidad virtual aumentada o la formación médica? Es un gran espacio el que estamos viendo ahora”.
Los resultados del equipo aparecen en materiales naturales («Fabricación óptica escalable de colores estructurales dinámicos en materiales estirables»). Los coautores de Miller son la estudiante graduada del MIT Helen Liu y Mathias Kolle, profesor asociado de ingeniería mecánica del MIT.
holograma al azar
El grupo de Kolle desarrolla materiales ópticos inspirados en la naturaleza. Los investigadores han estudiado las propiedades de reflexión de la luz de las conchas marinas, las alas de las mariposas y otros organismos iridiscentes que parecen brillar y cambiar de color debido a las texturas superficiales microscópicas. Estas estructuras están en ángulo y en capas para reflejar la luz como espejos de colores en miniatura o lo que los ingenieros llaman reflectores Bragg.
Grupos como el de Kolle han intentado reproducir este color de textura natural en materiales usando una variedad de técnicas. Algunos esfuerzos han producido muestras pequeñas con nanoestructuras precisas, mientras que otros han producido muestras más grandes pero con menos precisión óptica.
Como escribe el equipo, “un enfoque que ofrece tanto [microscale control and scalability] sigue siendo esquivo, a pesar de las múltiples aplicaciones potenciales de alto impacto”.
Mientras reflexionaba sobre cómo resolver este problema, Miller visitó el Museo MIT, donde un curador lo llevó a través de una exhibición sobre holografía, una técnica que crea imágenes tridimensionales al superponer dos haces de luz en un material físico.
«Me di cuenta de que lo que están haciendo en holografía es más o menos lo mismo que lo que la naturaleza está haciendo con los colores estructurales», dice Miller.
Esta visita lo impulsó a aprender sobre la holografía y su historia, que lo llevó a finales del siglo XVIII y a la fotografía de Lippmann, una de las primeras técnicas de fotografía en color inventada por el físico franco-luxemburgués Gabriel Lippmann, quien más tarde recibió el Premio Nobel de Física.
Lippmann creó fotografías en color colocando primero un espejo detrás de una emulsión transparente muy delgada, un material que inventó a partir de pequeños granos sensibles a la luz. Expuso la configuración a un haz de luz, que el espejo reflejó a través de la emulsión. La interferencia de las ondas de luz entrantes y salientes estimuló los granos de la emulsión para reconfigurar su posición como muchos espejos diminutos, reflejando el patrón y la longitud de onda de la luz de exposición.
Usando esta técnica, Lippmann proyectó estructuralmente imágenes coloreadas de flores y otras escenas en sus emulsiones, aunque el proceso fue laborioso. Implicó hacer las emulsiones a mano y esperar días para que el material se expusiera lo suficiente a la luz. Debido a estas limitaciones, la técnica desapareció en gran parte de la historia.
![una película estirable que cambia de color](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61189_2.jpg)
Un toque moderno
Miller se preguntó si la fotografía de Lippmann junto con los materiales holográficos modernos podría acelerarse para producir materiales estructuralmente coloreados de gran formato. Al igual que las emulsiones de Lippmann, los materiales holográficos actuales están compuestos de moléculas fotosensibles que pueden entrecruzarse cuando se exponen a fotones incidentes para formar espejos de colores.
«La química de estos materiales holográficos modernos ahora es tan receptiva que es posible realizar esta técnica en poco tiempo simplemente con un proyector», señala Kolle.
En su nuevo estudio, el equipo pegó una película holográfica transparente y resistente sobre una superficie reflectante similar a un espejo (en este caso, papel de aluminio). Luego, los investigadores instalaron un proyector disponible comercialmente a varios pies de la película y proyectaron imágenes en cada muestra, incluidos ramos de flores al estilo de Lippman.
Como sospechaban, en minutos en lugar de días, las películas produjeron imágenes grandes y detalladas que reproducían vívidamente los colores de las imágenes originales.
Luego quitaron la lámina del espejo y la pegaron con cinta adhesiva a una almohadilla de silicona elástica negra para que sirviera de apoyo. Estiraron la lámina y observaron cómo cambiaban los colores, una consecuencia del color estructural del material: a medida que el material se estira y adelgaza, sus estructuras a nanoescala se reconfiguran para reflejar longitudes de onda ligeramente diferentes, por ejemplo, de rojo a azul.
El equipo descubrió que el color de la película es muy sensible al estrés. Después de hacer una lámina completamente roja, la pegaron a un soporte de silicona de diferentes espesores. Donde el soporte era más delgado, la película permanecía roja, mientras que las secciones más gruesas estiraban la película y la volvían azul.
De manera similar, encontraron que presionar varios objetos en muestras de película roja dejaba huellas verdes detalladas causadas, por ejemplo, por las semillas de una fresa y los pliegues de una huella dactilar.
Curiosamente, también pudieron proyectar imágenes ocultas inclinando la película en ángulo con respecto a la luz entrante al crear los espejos de colores. Esencialmente, esta inclinación hizo que las nanoestructuras del material reflejaran un espectro de luz desplazado hacia el rojo. Por ejemplo, la luz verde utilizada durante la exposición y el desarrollo de los materiales haría que se reflejara la luz roja, y la exposición a la luz roja daría como resultado estructuras que reflejan el infrarrojo, una longitud de onda que los humanos no pueden ver. Cuando el material se estira, esta imagen invisible cambia de color y se muestra en rojo.
«Así es como se pueden cifrar los mensajes», dice Kolle.
En general, la técnica del equipo es la primera en permitir la proyección a gran escala de materiales detallados y estructuralmente coloreados.
«La belleza de este trabajo es el hecho de que han desarrollado un método simple pero extremadamente efectivo para fabricar estructuras fotónicas a gran escala», dice Sylvia Vignolini, profesora de química y biomateriales en la Universidad de Cambridge, que no participó en el estudio. . «Esta técnica podría cambiar las reglas del juego para recubrimientos y empaques, pero también para dispositivos portátiles».
De hecho, Kolle señala que los nuevos materiales que cambian de color son fáciles de incorporar a los textiles.
«Ni siquiera podría haber hecho un Speedo con los materiales de Lippmann», dice. «Ahora podríamos hacer un leotardo completo».
Más allá de la moda y los textiles, el equipo está investigando aplicaciones como vendajes que cambian de color para controlar los niveles de presión de los vendajes en el tratamiento de afecciones como úlceras venosas y ciertos trastornos linfáticos.
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