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¡Inspiradas en la holografía del siglo XIX! Científicos del MIT crean películas con la funcionalidad

Los brillantes colores iridiscentes de las alas de las mariposas o los caparazones de los escarabajos no proceden de ninguna molécula de pigmento, sino de la estructura de las alas, un ejemplo natural de lo que los físicos llaman cristales fotónicos. Los científicos pueden fabricar sus propios materiales estructurales coloreados en el laboratorio, pero puede resultar difícil ampliar el proceso para aplicaciones comerciales sin sacrificar la precisión óptica. Ahora, científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han adaptado una técnica fotográfica holográfica del siglo XIX para desarrollar películas camaleónicas que cambian de color al estirarlas. El método puede ampliarse fácilmente sin perder la precisión óptica a nanoescala. En la naturaleza, las escamas de quitina (un polisacárido común a los insectos) se disponen como tejas. Esencialmente, forman una rejilla de difracción, salvo que los cristales fotónicos sólo producen colores específicos o longitudes de onda, de la luz, mientras que una rejilla de difracción producirá todo el espectro, como un prisma. Los cristales fotónicos, también conocidos como materiales de banda ancha fotónica, son "sintonizables", lo que significa que están ordenados con precisión para bloquear ciertas longitudes de onda de la luz y dejar pasar otras. Si se altera la estructura cambiando el tamaño de las baldosas, los cristales se vuelven sensibles a una longitud de onda diferente. La creación de colores estructurales como los que se encuentran en la naturaleza es un área activa de investigación de materiales. Las aplicaciones de detección óptica y comunicación visual, por ejemplo, se beneficiarían de los materiales de colores estructurales que cambian de tonalidad en respuesta a estímulos mecánicos. Existen varias técnicas para fabricar este tipo de materiales, pero ninguno de esos métodos puede controlar la estructura a las pequeñas escalas necesarias ni escalar más allá de los entornos de laboratorio. Entonces, el coautor Benjamin Miller, estudiante de posgrado en el MIT, descubrió una exposición sobre holografía en el Museo del MIT y se dio cuenta de que la creación de un holograma era similar en algunos aspectos a la forma en que la naturaleza produce el color estructural. Indagó en la historia de la holografía y se enteró de una técnica de fotografía en color de finales del siglo XIX inventada por el físico Gabriel Lippmann. Como ya informamos anteriormente, en 1886, Lippmann se interesó por desarrollar un medio de fijar los colores del espectro solar en una placa fotográfica, "por el que la imagen quede fija y pueda permanecer a la luz del día sin deteriorarse" . Logró ese objetivo en 1891, produciendo imágenes en color de una vidriera, un cuenco de naranjas y un colorido loro, así como paisajes y retratos, incluido un autorretrato. El proceso de fotografía en color de Lippmann consistía en proyectar la imagen óptica habitual sobre una placa fotográfica. La proyección se realizaba a través de una placa de vidrio recubierta con una emulsión transparente de finísimos granos de haluro de plata en la otra cara. También había un espejo de mercurio líquido en contacto con la emulsión, de modo que la luz proyectada viajaba a través de la emulsión, golpeaba el espejo y se reflejaba de nuevo en la emulsión. El patrón de interferencia de luz resultante exponía la emulsión a diferentes profundidades, codificando esencialmente la emulsión en ese patrón de interferencia. Tras varios minutos de exposición, la placa se retiraba del mercurio líquido y se procesaba. Para la visualización, la placa terminada se ponía boca abajo y se fijaba un prisma a la superficie, normalmente con un adhesivo de bálsamo de Canadá. A continuación, la placa se iluminaba desde la parte frontal en un ángulo perpendicular con luz blanca. En cualquier punto de la placa en el que la longitud de onda de la luz que había generado las láminas coincidiera con la longitud de onda de la luz entrante, ésta se reflejaría hacia el espectador; las demás longitudes de onda serían absorbidas o dispersadas por los granos de plata o simplemente pasarían a través de la emulsión para ser absorbidas por un revestimiento antirreflectante negro en el reverso de la placa. El proceso de Lippmann nunca llegó a comercializarse, principalmente porque requería largos tiempos de exposición y no había forma de hacer impresiones en color. Los materiales holográficos (formados por moléculas sensibles a la luz que se entrecruzan para formar espejos de colores cuando se exponen a la luz) han avanzado mucho desde la época de Lippmann. "La química de estos materiales holográficos modernos es ahora tan sensible que es posible realizar esta técnica en un plazo corto de tiempo simplemente con un proyector" , afirma el coautor Mathias Kolle. El equipo colocó un fotopolímero elastomérico comercial contra una lámina de aluminio y proyectó varias imágenes sobre la muestra utilizando un proyector estándar. Tardaron unos minutos en producir imágenes grandes, detalladas y de colores vivos. A continuación, despegaron la película holográfica y la pegaron sobre un sustrato de silicona elástica negra. Cuando estiraron la película, los colores cambiaron, ya que el estiramiento y el adelgazamiento de la película hicieron que la estructura a nanoescala se reconfigurara, reflejando longitudes de onda ligeramente diferentes. La película seguía siendo roja donde el soporte era más fino y cambiaba a azul en las secciones más gruesas. Además, al presionar objetos en la película roja, como semillas de fresa, monedas o dedos, se dejaban huellas verdes detalladas. "Ahora que hemos superado este obstáculo de la escala, podemos explorar cuestiones como: ¿Podemos utilizar este material para crear una piel robótica con un sentido del tacto similar al humano? ¿Y podemos crear dispositivos táctiles para cosas como la realidad virtual aumentada o la formación médica?", dijo Miller. "Es un gran espacio que estamos estudiando ahora". Estas láminas que cambian de color serían ideales para fabricar vendas que cambien de color en respuesta a la presión, lo que permitiría a los profesionales médicos saber si están envolviendo una herida con demasiada fuerza, un factor importante a la hora de tratar afecciones como las úlceras venosas, las úlceras por presión, las linfedemas y las cicatrices. A los niños les encantará llevar vendas que cambien de color, lo que supondrá una ventaja para los pediatras. Además, la posibilidad de fabricar grandes láminas de este material abre las puertas a aplicaciones en el ámbito de la ropa y la ropa deportiva. "Los materiales de Lippmann no habrían permitido ni siquiera fabricar un Speedo", dice Kolle. "Ahora podríamos hacer un leotardo completo". El equipo del MIT también descubrió que podía proyectar imágenes ocultas inclinando la película en un ángulo durante el proceso fotográfico, ofreciendo un medio para codificar mensajes secretos. El uso de luz roja durante la exposición crearía una película que refleja en el infrarrojo, que es invisible para los humanos. Al estirar la película resultante, la imagen se desplazaría hacia el rojo, revelando la imagen oculta. En varias oportunidades los investigadores de MIT han hecho experimentos muy interesantes. Hace algunos meses realizaron un estudio sobre la creación de figuras impresas en 3D en llamas de velas parpadeando a partir de esa dinámica lograron crear diseños nuevos y estructuras que pudieran imprimirse en objetos físicos.

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