Arañas de pavo real australianas de colores brillantes Maratus spp. cautiva incluso a los espectadores más aracnofóbicos con sus extravagantes exhibiciones de cortejo que presentan coloraciones, patrones y movimientos diversos e intrincados, todo en cuerpos en miniatura que miden menos de 5 mm para muchas especies.Sin embargo, estas pantallas no solo son bonitas de ver, sino que también inspiran nuevas formas para que los humanos produzcan color en la tecnología.
Una especie de araña de pavo real: la araña de pavo real del arco iris Maratus robinsoni - es particularmente impresionante, ya que muestra una intensa señal iridiscente del arco iris en las exhibiciones de cortejo de los hombres a las mujeres.Esta es la primera instancia conocida en la naturaleza de los machos que usan un arco iris completo de colores para atraer a las hembras a aparearse.¿Pero cómo hacen los machos sus arcoiris?
Descubrir que la respuesta era inherentemente interdisciplinaria, por lo que el Dr. Bor-Kai Hsiung, ahora un erudito postdoctoral en el Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego, reunió un equipo que incluía biólogos, físicos e ingenieros mientras eraEstudiante de doctorado en el programa de doctorado de biociencia integrado de la Universidad de Akron UA bajo la tutoría del Dr. Todd Blackledge y el Dr. Matthew Shawkey ahora en la Universidad de Gante, y con el apoyo del Centro de Investigación e Innovación en Biomimética de la UAEl equipo incluyó investigadores de los Estados Unidos: UA, Scripps Institution of Oceanography, California Institute of Technology Caltech y University of Nebraska-Lincoln UNL - Belgium University of Gent, Netherlands University of Groningeny Australia para descubrir cómo las arañas arcoíris del pavo real producen esta señal iridiscente única.
El equipo investigó las estructuras fotónicas de la araña utilizando técnicas que incluían microscopía de luz y electrónica, imágenes hiperespectrales, dispersometría de imágenes y modelado óptico para generar hipótesis sobre cómo la escala de la araña genera arcoíris tan intensos. El equipo luego utilizó la impresión nano 3D de última generación para fabricardiferentes prototipos para probar y validar sus hipótesis. Al final, el equipo descubrió que la intensa iridiscencia del arco iris surgió de escamas abdominales especializadas en las arañas. Estas escalas combinan un contorno 3D microscópico en forma de superficie aerodinámica con estructuras de rejilla de difracción a nanoescala en la superficie.es la interacción entre la rejilla de nano-difracción de la superficie y la curvatura microscópica de las escalas que permite la separación y el aislamiento de la luz en sus longitudes de onda componentes en ángulos más finos y distancias más pequeñas de lo que es posible con las tecnologías de ingeniería actuales.
"Quién sabía que una criatura tan pequeña crearía una iridiscencia tan intensa usando mecanismos extremadamente sofisticados que inspirarán a los ingenieros ópticos", dijo el Dr. Dimitri Deheyn con entusiasmo durante una entrevista. Deheyn es el mentor postdoc para Hsiung en Scripps Oceanography y uncoautor de esta investigación.
Para Hsiung, el hallazgo no fue tan inesperado ". Una de las principales preguntas que quería abordar en mi disertación de doctorado fue '¿cómo modula la naturaleza la iridiscencia?' Desde una perspectiva de biomimética, comprender y comprender por completopara responder una pregunta, uno tiene que tomar en cuenta los extremos de ambos extremos. Por lo tanto, decidí estudiar estas pequeñas arañas con intensa iridiscencia después de haber investigado las tarántulas azules no iridiscentes ", dijo Hsiung.
El mecanismo detrás de estos pequeños arcoíris puede inspirar una nueva tecnología de color, pero no se habría descubierto sin una investigación que combine la historia natural básica con la física y la ingeniería.
"Reunir esa experiencia de investigación tan diversa para comprender la increíble diversidad de la naturaleza y luego aplicar ese conocimiento a la tecnología humana es exactamente de lo que se trata el Centro de Investigación e Innovación en Biomimética de la UA", dijo Blackledge.
"A veces olvidamos que los modelos ópticos matemáticos, aunque son herramientas críticas, son hipótesis que necesitan ser probadas", respondió Shawkey, cuando se le preguntó sobre cómo esta investigación podría cambiar la forma en que los investigadores investigan las estructuras fotónicas biológicas en el futuro ". Impresión 3D a nanoescala"nos permitió validar experimentalmente nuestros modelos, lo cual fue realmente emocionante. Esperamos que estas técnicas se vuelvan comunes en el futuro ".
"Como ingeniero, lo que encontré fascinante acerca de estos colores estructurales de araña es cómo estas estructuras complejas evolucionadas pueden superar a la ingeniería humana", agregó el Dr. Radwanul Hasan Siddique, un investigador postdoctoral en Caltech y coautor de esta investigación. "Inclusocon técnicas de fabricación de alta gama, no pudimos replicar las estructuras exactas. ¡Me pregunto cómo las arañas ensamblan estos elegantes patrones estructurales en primer lugar! "
La inspiración de estas escalas de araña súper iridiscentes se puede utilizar para superar las limitaciones actuales en la manipulación espectral y para reducir el tamaño de los espectrómetros ópticos para aplicaciones donde se requiere resolución espectral a escala fina en un paquete muy pequeño, especialmente instrumentos en misiones espaciales,o sistemas de detección de productos químicos portátiles.
Al final, las arañas de pavo real no solo producen los arcoiris más pequeños de la naturaleza, sino que también podrían tener implicaciones para una amplia gama de campos que van desde las ciencias de la vida y las biotecnologías hasta las ciencias de los materiales y la ingeniería.
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Materiales proporcionados por Universidad de Akron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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