Зоология

Чтобы сделать ультра-черные легкие материалы, подумайте о бабочке

Лайнуть/Поделиться

У некоторых бабочек есть ультра-черные крылья, которые конкурируют с самыми черными материалами, изготовленными людьми

«Некоторые животные довели черное до крайности», – сказал Алекс Дэвис, аспирант лаборатории Университета Дьюка.

Бабочки, которых они изучают, в 10-100 раз темнее древесного угля, свежего асфальта, черного бархата и других повседневных черных предметов. Всего лишь 0,06% падающего на них света отражается обратно в глаз, что приближается к самым черным покрытиям, сделанными людьми. Примечательно то, что они достигают этого эффекта захвата света, используя крылья глубинной всего в несколько микрон.

В исследовании, опубликованном 10 марта 2020 в журнале Nature Communications, исследователи Университета Дьюка сообщают, что ультра-черные бабочки из разрозненных регионов земного шара, похоже, сошлись на одной и той же уловке. Говорят, секрет их черных крыльев не в избытке меланина – пигмента, ответственном за перья вороны или мех черной кошки.

В исследовании Дэвис, Джонсен и профессор Фред Ниджоут использовали сканирующую электронную микроскопию высокого разрешения и компьютерное моделирование, чтобы исследовать микроскопические структуры на крыльях 10 видов ультра-черных бабочек и четырех обычных черных или темно-коричневых бабочек из Центральной и Южной Америки.

Крылья бабочки могут выглядеть невооруженным глазом гладкими. Вблизи это не так. Увеличенные в тысячи раз крылья бабочки покрыты чешуей с сетчатой ​​поверхностью ребер и отверстий, которые направляют свет в губчатую внутренность весов. Там, подобные столбу лучи ткани рассеивают свет, пока он не поглощен.

Фото крупным планом крыльев ультрачерных бабочек. Сделаны с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают крошечные структуры в их чешуйках крыльев, которые захватывают свет. Из обсуждаемого исследования.


До недавнего времени объяснение невероятных светопоглощающих свойств некоторых черных бабочек заключалось в том, что это происходило из-за ячеистой структуры в крошечных отверстиях на поверхности чешуек.

Но новое исследование предполагает, что «это не имеет значения», сказал Джонсен. Оказывается, ключевые различия между ультра-черной и обычной черной шкалой лежат в другом месте. Когда они посмотрели на крылья бабочек под электронным микроскопом, они обнаружили, что как ультра-черная, так и обычная черная чешуя имеют параллельные выступы на своей поверхности и столбы внутри. Но гребни и столбы глубже и толще в ультра-черных чешуйках по сравнению с «нормальными» черными чешуйками.

Когда команда имитировала разные чешуйки крыльев в компьютерных симуляциях, чешуйки без ребристой поверхности или внутренних столбов отражали в 16 раз больше света. Это было бы похоже на переход от ультра-черного к темно-коричневому, сказал Дэвис.

Эта трехмерная архитектура настолько хороша для поглащения света, что ультра-черные чешуйки выглядели бы черными даже при покрытии золотом. «Вы почти не можете сделать их блестящими», сказал Дэвис. Это также было обнаружено у других животных, таких как павлиньи пауки и райские птицы, которые, как известно, отражают всего 0,05% видимого света.

Ни одна из этих натуральных красот не является столь же темной, как самые черные синтетические материалы, которые поглощают более 99,99% входящего света, используя плотно упакованные «леса» углеродных нанотрубок высотой от 10 до 50 микрон. Но то, что делает бабочек интересными, говорят исследователи, это то, что они конкурируют с лучшими улавливающими свет нанотехнологиями, используя структуры, толщина которых составляет всего лишь небольшую долю от синтетических материалов.

В конечном счете, полученные данные могут помочь инженерам разработать более тонкие ультра-черные покрытия, которые уменьшают рассеянный свет, не утяжеляя предметы, что применимо, к примеру, для военного камуфляжа – для самолетов-невидимок, которые не видны ночью.

По словам Джонсена, до сих пор неясно, почему ультра-черная окраска снова и снова появлялась в генеалогическом древе бабочек.

Чернота на крыльях многих самцов бабочек темнее, чем на их коллегах-женщинах, поэтому одна теория заключается в том, что она помогает им хвастаться перед потенциальными товарищами. Черные области всегда граничат с белыми, цветными или переливающимися пятнами, поэтому идея заключается в том, что они могут работать как темная рамка для изображения, чтобы сделать более яркие пятна.

«Художники давно знают, что один и тот же цвет может выглядеть очень по-разному на разных фонах», – говорит Джонсен.

Следующий шаг, сказал Дэвис, состоит в том, чтобы выяснить, сколько раз бабочки развивали ультра-черные крылья, и определить, есть ли у этих видов что-то общее, что могло бы помочь объяснить, что способствовало изменению.

«Зачем быть таким черным?» – Сказал Дэвис. «Мы думаем, что это, скорее всего, какой-то сигнал партнерам или хищнику. Но есть множество других гипотез, и мы надеемся прояснить этот момент».

Исследование: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-15033-1 | Вас также может заинтересовать:

Редакция

Метки: бионика

Недавние публикации

Пчелы с высокой точностью обнаруживают биомаркеры рака легких

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Biosensors and Bioelectronics, говорит о том, что пчелы могут стать важным инструментом для раннего… Читать далее

06/07/2024

Прием препаратов для снижения веса(Ozempic), возможно, повышает риск развития слепоты

Исследование, проведенное в клинике Mass Eye and Ear, выявило связь между широко назначаемыми препаратами для… Читать далее

05/07/2024

Запрет на аборты коррелирует с увеличением смертности новорожденных и младенцев

Закон штата Техас, запрещающий аборты на ранних сроках беременности, ассоциируется с резким увеличением числа смертей… Читать далее

01/07/2024

От размытого изображения к 3D-модели толстого кишечника

Капсульные камеры позволяют почти незаметно и без боли исследовать все уголки кишечника, пока пациент занимается… Читать далее

27/06/2024

Выявлены области мозга, которые искажают реакцию мозга на удовольствие при биполярном расстройстве

Недавнее исследование, проведенное учеными из Университетского колледжа Лондона (UCL), проливает свет на то, как мозг… Читать далее

22/06/2024

Смотреть на экран или в камеру? Что лучше для онлайн-собеседования? Исследование

Исследование японских ученых, опубликованное в журнале Scientific Reports 31 мая, свидетельствует о том, что взгляд… Читать далее

18/06/2024