Camaleão inspira pele inteligente que muda de cor

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/09/2019

Nesta demonstração, a pele artificial biomimética foi cortada na forma de uma folha.
[Imagem: Emory University]

Cristais fotônicos

Químicos usaram cristais fotônicos para desenvolver uma pele artificial inteligente e flexível que reage ao calor e à luz do Sol, mudando de cor, imitando a pele dos camaleões.

Embora o nome possa impressionar, cristais fotônicos são pequenas partículas em um padrão repetitivo, uma periodicidade que faz com que o material interfira nos comprimentos de onda da luz. Embora as próprias partículas sejam incolores, o espaçamento preciso entre elas permite que certas ondas de luz passem, enquanto outras são refletidas.

As cores visíveis produzidas mudam dependendo de fatores como condições de iluminação ou mudanças na distância entre as partículas. A iridescência de algumas asas de borboleta e as penas de pavões estão entre muitos outros exemplos de cristais fotônicos na natureza.

Observando camaleões

Os cientistas, no entanto, têm tido dificuldade em criar uma "pele inteligente" de cristal fotônico, que mude de cor em resposta ao ambiente, porque os materiais mais usados, tipicamente aerogéis, também mudam de tamanho com a mudança no ambiente, e ninguém quer uma camuflagem que encolha quando mudar de cor, expondo o que se deseja esconder.

Yixiao Dong, da Universidade Emory, ficou intrigado com isso, uma vez que as cores mutáveis dos camaleões são criadas por cristais fotônicos, e não por pigmentos: "Eu queria entender por que um camaleão não se torna maior ou menor quando ele muda de cor, permanecendo em seu tamanho original," disse o pesquisador.

Não basta mudar de cor; é necessário manter o mesmo tamanho.
[Imagem: Yixiao Dong et al. - 10.1021/acsnano.9b04231]

Depois de olhar um monte de vídeos no YouTube, Dong usou imagens em câmera lenta e com grande aproximação para se dar conta de que as matrizes de cristais fotônicos naturais do animal não cobrem a pele inteira do camaleão, ficando espalhadas sobre uma matriz escura de fundo. Conforme os cristais fotônicos mudavam de cor, esses fragmentos de cores permaneciam à mesma distância.

Dong supôs que as células da pele que compõem a matriz escura se ajustam de alguma forma para compensar as mudanças nos cristais fotônicos.

Peles inteligentes artificiais

Para testar sua hipótese, Dong sintetizou uma estrutura compósita, usando um material capaz de se acomodar a tensões mecânicas para dispersar cristais fotônicos contendo óxido de ferro, e então usou ímãs para organizá-los em padrões. Essas matrizes foram incorporadas em um segundo hidrogel elástico, que não muda de cor. Esse segundo hidrogel acomodou-se mecanicamente ao primeiro para compensar as mudanças nas distâncias entre os cristais fotônicos.

Quando aquecida, essa pele biomimética flexível muda de cor, mas mantém um tamanho quase constante. O camaleão ainda se camufla mais rápido, porque a pele camaleônica artificial leva cerca de 10 minutos para mudar de cor. Mas a prova de conceito funcionou, abrindo o caminho para melhorias futuras.

"Nós criamos uma estrutura geral para orientar projetos futuros de peles inteligentes artificiais," disse Dong. "Ainda há um longo caminho a percorrer para aplicações na vida real, mas é empolgante fazer esse campo avançar um passo adiante."

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