Inventan una tecnología inspirada en los pulpos que puede engañar y señalizar

pulpo mayor de anillos azules
Pulpo mayor de anillos azules (Hapalochlaena lunulata)

El pulpo de anillos azules avisa a los depredadores con un destello de sus anillos

Con una contracción muscular de una fracción de segundo, el pulpo mayor de anillos azules (Hapalochlaena lunulata) puede cambiar el tamaño y el color de los patrones homónimos en su piel con fines de engaño, camuflaje y señalización.

Investigadores de la Universidad de California en Irvine (UCI) se han inspirado en esta maravilla natural para desarrollar una plataforma tecnológica con capacidades similares para su uso en una variedad de campos, incluidos el militar, la medicina, la robótica y la energía sostenible.

Según sus inventores, los nuevos dispositivos posibles gracias a esta innovación se beneficiarán de propiedades fluorescentes y espectroscópicas dinámicamente ajustables, facilidad de fabricación y potencial de ampliación a áreas lo suficientemente grandes como para cubrir vehículos, vallas publicitarias e incluso edificios.

Hapalochlaena lunulata es una especie de pulpo originaria del Océano Pacífico occidental y el Océano Índico. Utiliza un veneno neurotoxina para aturdir a su presa y puede protegerse de los depredadores con un destello de sus anillos azules. Estos círculos iridiscentes sobre un fondo marrón en la piel de la criatura son lo que llamó la atención de los investigadores de la UCI.

"Estamos fascinados por los mecanismos que sustentan la capacidad del pulpo de anillos azules para cambiar rápidamente las marcas de su piel entre estados ocultos y expuestos", dijo el coautor principal Alon Gorodetsky, profesor de ingeniería química y biomolecular de la UCI.

"Para este proyecto, trabajamos para imitar las habilidades naturales del pulpo con dispositivos de materiales únicos que sintetizamos en nuestro laboratorio, y el resultado es un sistema de engaño y señalización inspirado en un pulpo que es fácil de fabricar, funciona durante mucho tiempo cuando se opera continuamente e incluso puede repararse solo cuando se daña".

Vídeo: Video representativo de un dispositivo visible que cambia la apariencia durante la actuación eléctrica cíclica con una forma de onda cuadrada (frecuencia de 0,5 Hz, mínimos de 0 kV y máximos de ~ 3,2 kV). Crédito: Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40163-7

La arquitectura de la innovación requiere una delgada película que consiste en anillos azules arrugados que rodean círculos marrones, muy parecidos a los del pulpo, intercalados entre un electrodo conductor de protones transparente superior y una membrana acrílica subyacente, con otro electrodo idéntico debajo.

La creatividad técnica adicional de los investigadores se produce a nivel molecular cuando exploraron el uso de acenos, que son compuestos orgánicos formados por anillos de benceno fusionados linealmente. Según Gorodetsky, las moléculas de diseño similares al no aceno (con nueve anillos fusionados linealmente) utilizadas por el equipo ayudan a darle a la plataforma algunas de sus excepcionales capacidades.

"Para nuestros dispositivos, conceptualizamos y diseñamos una molécula similar al noraceno con una arquitectura única", dijo la coautora principal Preeta Pratakshya, quien recientemente recibió su doctorado en el Departamento de Química de la UCI.

"Los acenos son moléculas de hidrocarburos orgánicos con una serie de características ventajosas, que incluyen facilidad de síntesis, características electrónicas sintonizables y propiedades ópticas controlables".

Y añadió: "Nuestras moléculas similares al no aceno son excepcionales entre los acenos porque pueden sobrevivir años de almacenamiento en el aire y durante un día de irradiación continua con luz brillante en el aire. Ningún otro aceno expandido muestra esta estabilidad combinada a largo plazo en condiciones tan duras".

sistemas de engaño y señalización

Imagen: El pulpo de anillos azules como inspiración biológica y la conceptualización de los sistemas de engaño y señalización. Crédito: Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40163-7

Según Gorodetsky, el tipo de moléculas utilizadas para fabricar la capa de anillo de color azul es lo que dota a los dispositivos de sus características más favorables, incluidas propiedades espectroscópicas ajustables, la facilitación de una fabricación sencilla sobre una mesa y la estabilidad de la atmósfera ambiental bajo iluminación.

"Nuestro coautor Sahar Sharifzadeh, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Boston, demostró que las propiedades de respuesta a estímulos de las moléculas se pueden predecir computacionalmente, lo que abre caminos para el diseño in silico de otras tecnologías de camuflaje", dijo Gorodetsky.

En sus pruebas de laboratorio, muchas de las cuales se realizaron en el Instituto de Telecomunicaciones y Tecnología de la Información de California de la UCI, el equipo descubrió que los dispositivos bioinspirados podían cambiar su apariencia visible más de 500 veces con poca o ninguna degradación, y también podían autorrepararse de forma autónoma sin necesidad la intervención de un usuario.

Según Gorodetsky, se demostró que la invención posee una combinación deseable de capacidades en las partes del espectro electromagnético ultravioleta, luz visible e infrarrojo cercano. Esto permitiría a los dispositivos ocultar otros objetos para que no sean detectados o señalar clandestinamente a los observadores.

"La robustez fotofísica y la procesabilidad general de nuestra molécula similar al no aceno (y presumiblemente sus variantes) abre oportunidades para investigaciones futuras de estos compuestos dentro del contexto de sistemas optoelectrónicos tradicionales como diodos emisores de luz y células solares", añadió Gorodetsky.

La creación bioinspirada es el tema de un estudio publicado en Nature Communications: Octopus-inspired deception and signaling systems from an exceptionally-stable acene variant

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