La mayoría de los objetos que vemos están coloreados por pigmentos, pero el uso de pigmentos tiene desventajas: tales colores pueden desvanecerse, los pigmentos industriales a menudo son tóxicos y ciertos efectos de color son imposibles de lograr. Sin embargo, el mundo natural también exhibe coloración estructural,donde la microestructura de un objeto hace que aparezcan varios colores. Las plumas de pavo real, por ejemplo, son de color marrón pigmentado, pero, debido a los huecos largos dentro de las plumas, reflejan los bellos e iridiscentes azules y verdes que vemos y admiramos.La tecnología ha hecho que sea práctico fabricar el tipo de nanoestructuras que dan como resultado la coloración estructural, y los científicos informáticos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria IST Austria y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah KAUST han creado una herramienta computacional.que crea automáticamente plantillas de impresión 3D para nanoestructuras que corresponden a colores definidos por el usuario. Su trabajo demuestra el gran potencial para la estructuracoloración natural en la industria, y abre posibilidades para que los no expertos creen sus propios diseños.Este proyecto será presentado en la conferencia de gráficos por computadora más importante de este año, SIGGRAPH 2018, por el primer autor y postdoc IST Austria Thomas Auzinger.Esta es una de las cinco presentaciones de IST Austria en la conferencia de este año.
Los colores cambiantes de un camaleón y los azules y verdes iridiscentes de la mariposa morfo, entre muchos otros en la naturaleza, son el resultado de la coloración estructural, donde las nanoestructuras causan efectos de interferencia en la luz, lo que resulta en una variedad de colores cuando se observa macroscópicamente.La coloración estructural tiene ciertas ventajas sobre la coloración con pigmentos donde se absorben longitudes de onda particulares, pero hasta hace poco, los límites de la tecnología significaban que fabricar tales nanoestructuras requerían métodos altamente especializados. Sin embargo, las nuevas configuraciones de "escritura láser directa" cuestan casi lo mismo.como una impresora 3D industrial de alta calidad y permite imprimir a escala de cientos de nanómetros cien a mil veces más delgada que un cabello humano, lo que abre posibilidades para que los científicos experimenten con la coloración estructural.
Hasta ahora, los científicos han experimentado principalmente con nanoestructuras que habían observado en la naturaleza, o con diseños nanoestructurales simples y regulares por ejemplo, fila tras fila de pilares. Thomas Auzinger y Bernd Bickel de IST Austria, junto con Wolfgang Heidrich de KAUST,sin embargo, adoptó un nuevo enfoque innovador que difiere en varias formas clave: primero, resuelven la tarea de diseño inverso: el usuario ingresa el color que desea replicar, y luego la computadora crea un patrón de nanoestructura que le da ese color, en lugar de intentarreproducir estructuras encontradas en la naturaleza. Además, "nuestra herramienta de diseño es completamente automática", dice Thomas Auzinger. "No se requiere ningún esfuerzo adicional por parte del usuario".
En segundo lugar, las nanoestructuras en la plantilla no siguen un patrón particular o tienen una estructura regular; parecen estar compuestas aleatoriamente, una ruptura radical de los métodos anteriores, pero con muchas ventajas ". Al observar la plantilla producida por"No puedo distinguir la computadora por la estructura sola, si veo un patrón de azul, rojo o verde", explica Auzinger. "Pero eso significa que la computadora está encontrando soluciones que nosotros, como humanos, no podríamos. Esta estructura de forma libre esextremadamente potente: permite una mayor flexibilidad y abre posibilidades para efectos de coloración adicionales ". Por ejemplo, su herramienta de diseño se puede usar para imprimir un cuadrado que aparece rojo desde un ángulo y azul desde otro conocido como coloración direccional.
Finalmente, los esfuerzos anteriores también han tropezado en lo que respecta a la fabricación real: los diseños a menudo eran imposibles de imprimir. La nueva herramienta de diseño, sin embargo, garantiza que el usuario terminará con una plantilla imprimible, lo que la hace extremadamente útil para eldesarrollo futuro de la coloración estructural en la industria. "La herramienta de diseño se puede utilizar para crear prototipos de nuevos colores y otras herramientas, así como para encontrar estructuras interesantes que puedan producirse industrialmente", agrega Auzinger. Las pruebas iniciales de la herramienta de diseño ya han dado resultados exitosos"Es sorprendente ver que algo compuesto enteramente de materiales claros aparece coloreado, simplemente debido a estructuras invisibles para el ojo humano", dice Bernd Bickel, profesor de IST Austria, "estamos ansiosos por experimentar con materiales adicionales, para expandirgama de efectos que podemos lograr "
"Es particularmente emocionante presenciar el creciente papel de las herramientas computacionales en la fabricación", concluye Auzinger, "y aún más emocionante ver la expansión de 'gráficos por computadora' para abarcar imágenes físicas y virtuales".
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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