Os engenheiros reaproveitam o 19º

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Imagine esticar um pedaço de filme para revelar uma mensagem oculta. Ou verificando a cor de uma faixa de braço para medir a massa muscular. Ou usar um maiô que muda de tom conforme você dá voltas. Esses materiais camaleônicos que mudam de cor podem estar no horizonte, graças a uma técnica fotográfica que foi ressuscitada e reaproveitada pelos engenheiros do MIT.

Ao aplicar uma técnica de fotografia colorida do século 19 a materiais holográficos modernos, uma equipe do MIT imprimiu imagens em grande escala em materiais elásticos que, quando esticados, podem transformar sua cor, refletindo diferentes comprimentos de onda à medida que o material é tensionado.

Os pesquisadores produziram filmes elásticos impressos com buquês de flores detalhados que mudam de tons quentes para tons mais frios quando os filmes são esticados. Eles também imprimiram filmes que revelam a impressão de objetos como um morango, uma moeda e uma impressão digital.

Os resultados da equipe fornecem a primeira técnica de fabricação escalável para produzir materiais detalhados e em grande escala com "cor estrutural" - cor que surge como consequência da estrutura microscópica de um material, e não de aditivos ou corantes químicos.

"Escalar esses materiais não é trivial, porque você precisa controlar essas estruturas em nanoescala", diz Benjamin Miller, aluno de pós-graduação do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT. "Agora que superamos esse obstáculo de dimensionamento, podemos explorar questões como: podemos usar esse material para criar uma pele robótica com sensação de toque semelhante à humana? E podemos criar dispositivos sensíveis ao toque para coisas como realidade virtual aumentada ou treinamento médico? É um grande espaço que estamos olhando agora."

Os resultados da equipe aparecem hoje na Nature Materials. Os co-autores de Miller são Helen Liu, estudante do MIT, e Mathias Kolle, professor associado de engenharia mecânica do MIT.

Acontecimento do holograma

O grupo de Kolle desenvolve materiais ópticos inspirados na natureza. Os pesquisadores estudaram as propriedades refletoras de luz em conchas de moluscos, asas de borboleta e outros organismos iridescentes, que parecem brilhar e mudar de cor devido a estruturas microscópicas de superfície. Essas estruturas são anguladas e em camadas para refletir a luz como espelhos coloridos em miniatura, ou o que os engenheiros chamam de refletores de Bragg.

Grupos como o de Kolle procuraram replicar essa cor natural e estrutural em materiais usando uma variedade de técnicas. Alguns esforços produziram pequenas amostras com estruturas precisas em nanoescala, enquanto outros geraram amostras maiores, mas com menor precisão óptica.

Como escreve a equipe, "uma abordagem que oferece [controle em microescala e escalabilidade] permanece indescritível, apesar de vários aplicativos potenciais de alto impacto".

Enquanto pensava em como resolver esse desafio, Miller visitou o Museu do MIT, onde um curador o apresentou a uma exposição sobre holografia, uma técnica que produz imagens tridimensionais pela sobreposição de dois feixes de luz em um material físico.

"Percebi que o que eles fazem na holografia é a mesma coisa que a natureza faz com a cor estrutural", diz Miller.

Essa visita o estimulou a ler sobre a holografia e sua história, o que o levou de volta ao final do século XIX, e a fotografia de Lippmann - uma das primeiras técnicas de fotografia colorida inventada pelo físico franco-luxemburguês Gabriel Lippmann, que mais tarde ganhou o Prêmio Nobel de Física pela técnica.

Lippmann gerou fotos coloridas primeiro colocando um espelho atrás de uma emulsão muito fina e transparente – um material que ele inventou a partir de minúsculos grãos sensíveis à luz. Ele expôs a configuração a um feixe de luz, que o espelho refletiu de volta através da emulsão. A interferência das ondas de luz entrando e saindo estimulou os grãos da emulsão a reconfigurar sua posição, como muitos espelhos minúsculos, e refletir o padrão e o comprimento de onda da luz exposta.