Fabrican una piel artificial que cambia de color a voluntad

Imitando un truco de la naturaleza, ingenieros de la Universidad de California en Berkeley han creado un material muy delgado que cambia de color a voluntad aplicando una pequeña cantidad de fuerza. Este nuevo material camaleónico ofrece interesantes posibilidades para una nueva clase de tecnologías de visualización, camuflaje que cambia de color y sensores que pueden detectar defectos de otro modo imperceptibles en edificios, puentes y aviones.

"Esta es la primera vez que alguien ha fabricado una piel camaleónica flexible que puede cambiar de color simplemente doblándola", dijo Connie J. Chang-Hasnain, miembro del equipo de Berkeley y coautor de un artículo publicado en Optica, la nueva revista de The Optical Society. Mediante el grabado de características diminutas - más pequeñas que la longitud de onda de la luz - en una película de silicio mil veces más delgada que un cabello humano, los investigadores fueron capaces de seleccionar una gama de colores susceptible de ser reflejada por el material, en función de cómo se flexiona y dobla.

Los colores que vemos típicamente en pinturas, telas y otras sustancias naturales se producen cuando la luz blanca de amplio espectro golpea sus superficies. La composición química única de cada superficie luego absorbe varias bandas, o longitudes de onda de la luz. Las que no son absorbidos se reflejan hacia atrás, con longitudes de onda más cortas que dan a los objetos una tonalidad azul y longitudes de onda más largas que aparecen más rojas, con todo el arco iris de combinaciones posibles en el medio. Cambiar el color de una superficie, como las hojas de los árboles en otoño, requiere un cambio en la composición química.

Recientemente, los ingenieros y científicos han estado explorando otro enfoque, uno que crearía colores de diseño sin el uso de tintes químicos y pigmentos. En lugar de controlar la composición química de un material, es posible controlar las características de la superficie en la más pequeña de las escalas para que interactúe y refleje longitudes de onda de la luz. Este tipo de "color estructural"es mucho menos común en la naturaleza, pero es utilizado por algunas mariposas y escarabajos para crear una exhibición especial de color iridiscente.

El control de la luz con estructuras en lugar de la óptica tradicional no es nuevo. En astronomía, por ejemplo, rendijas espaciadas uniformemente conocidas como rejillas de difracción se utilizan habitualmente para la luz directa y la extensión en sus colores componentes. Los esfuerzos para controlar el color con esta técnica, sin embargo, han demostrado ser poco prácticos debido a que que las pérdidas ópticas son simplemente demasiado grandes.

Los autores del nuevo estudio aplican un principio similar, aunque con un diseño radicalmente diferente, para lograr el control del color que estaban buscando. En lugar de ranuras cortadas en una película, graban filas de crestas en una sola capa delgada de silicio. En lugar de la difusión de la luz en un arco iris completo, sin embargo, estas barras reflejan una longitud de onda muy específica de la luz.

Por modulación de los espacios entre las barras, es posible seleccionar el color específico a reflejarse. A diferencia de las ranuras en una rejilla de difracción, sin embargo, las barras de silicio son extremadamente eficientes y fácilmente reflejan la frecuencia de la luz en que están sintonizadas. El diseño inicial, se sometió a un cambio de apenas 25 nanómetros, crea colores brillantes que podrían pasar de verde a amarillo, naranja y rojo a través de una gama de 39 nanómetros de longitud de onda. Con diseños futuros, los investigadores creen que podrían cubrir una gama más amplia de colores y reflejar la luz con mayor eficiencia.

Para esta demostración, los investigadores crearon una capa de un centímetro cuadrado de silicio que cambia de color. Serían necesarios desarrollos futuros para crear un material lo suficientemente grande como para aplicaciones comerciales. "El siguiente paso es hacer de esta escala más grande y hay instalaciones ya que podría hacerlo", dijo Chang-Hasnain. "En ese momento, esperamos poder encontrar aplicaciones en el entretenimiento, la seguridad y la vigilancia".