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Lunes, 21 noviembre 2011
Ingeniería

Desarrollan tecnología láser inspirada en plumas de pájaros

Una nueva y asombrosa línea de investigación se dirige a discernir cómo dos tipos de estructuras nanométricas en las plumas de los pájaros producen colores brillantes y distintivos. El equipo que trabaja en ello espera que la estrategia de copiar estos trucos nanométricos de la naturaleza les permita producir nuevos tipos de dispositivos láser, que podrán autoensamblarse mediante procesos naturales.

Muchos de los colores que se aprecian en la naturaleza son creados por estructuras nanométricas que dispersan intensamente la luz a frecuencias específicas. En algunos casos, estas estructuras crean iridiscencia, un fenómeno en el cual los colores cambian con el ángulo de observación, como el miniarco iris que cambia de tonalidades en una burbuja de jabón. En otros casos, los colores producidos por las estructuras son estables e invariables.

El mecanismo por el cual se producen estos colores independientes del ángulo de observación ha desconcertado a los científicos durante un siglo: A primera vista, estos colores constantes parecían ser producidos por una mezcla aleatoria de proteínas. Pero a medida que los investigadores aumentaban el nivel de detalle con el que observaban pequeñas secciones de las proteínas, comenzaban a surgir patrones regidos por una configuración bastante ordenada, aunque no del todo. Los científicos descubrieron que este orden somero a corta distancia es lo que dispersa la luz preferentemente a frecuencias específicas, con el resultado de la producción de colores distintivos en estructuras biológicas, como por ejemplo las alas del pájaro conocido popularmente como azulejo.

Inspirado en las plumas, el equipo de Hui Cao, de la Universidad de Yale, Estados Unidos, creó dos láseres que usan este orden somero de corta distancia para controlar la luz.

Uno de los modelos se basa en las plumas que tienen pequeñas cavidades esféricas de aire atrapadas en una proteína llamada beta-queratina. El láser basado en este modelo consta de una membrana semiconductora llena de diminutos agujeros de aire que atrapan la luz a ciertas frecuencias. Los puntos cuánticos presentes entre los agujeros amplifican la luz y producen el haz coherente que es el sello distintivo de un láser.

Los investigadores también construyeron un láser usando una serie de nanocanales interconectados, basándose en sus observaciones de plumas cuya beta-queratina adquiere la forma de canales interconectados en formas tortuosas. El láser de esta clase produce su emisión bloqueando ciertos colores de la luz al tiempo que permite que otros se propaguen.

En ambos casos, los investigadores pueden manipular el color de los láseres mediante la estrategia de cambiar el ancho de las estructuras de un tipo o el espacio entre las del otro.

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Una aplicación potencial de los avances conseguidos en esta línea de investigación sería el desarrollo de células solares más eficientes.

Con esta tecnología, también sería viable fabricar pinturas de larga duración, que podrían ser usadas para crear productos cosméticos y textiles. "Las pinturas químicas siempre se desvanecen", subraya la autora principal del estudio, Hui Cao. Sin embargo, una "pintura" que, en vez de ser química, sea física, y en la cual sea su nanoestructura lo que determine su color, no cambiará nunca. Un ejemplo elocuente de esto último es el de un fósil de escarabajo con 40 millones de años de antigüedad que fue examinado recientemente por el personal del laboratorio de Cao, y que tenía nanoestructuras productoras de color. Después de tanto tiempo, aún es posible ver ese color.


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