Окраска паука-павлина поможет улучшить высокоточную оптику

Peacockspiderman / YouTube

Ученые установили структуру чешуек пауков рода Maratus, которые известны своей переливающейся радужной окраской. Они выяснили, что эта окраска формируется из-за микроструктур особой формы, которые служат дифракционной решеткой, раскладывающей падающий свет на спектр. Они подтвердили свое предположение, создав аналогичную искусственную структуру. Такая структура позволит значительно уменьшить размеры некоторых оптических приборов, таких как спектрометры, сообщают ученые в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications.

Иногда окраска животных обусловлена не конкретными веществами, а структурой поверхности. Структурная окраска встречается у некоторых насекомых, к примеру, бабочек. Поверхность их крыльев обладает структурой, которая меняется с периодом, сопоставимым с длиной волны света. Из-за этого такая поверхность отражает свет не так, как плоская поверхность такого же состава, что придает насекомым яркую окраску. Но, как правило, такие насекомые имеют либо один цвет, либо несколько, которые меняются в зависимости от угла падения света.


Ученые под руководством Бо Каи Сюн (Bor-Kai Hsiung) из Акронского университета решили изучить два вида австралийских пауков-павлинов (Maratus robinsoni и Maratus chrysomelas), которые, в отличие от других животных со структурной окраской, имеют брюшко, которое при повороте охватывает весь спектр видимого излучения. Самцы этих видов используют  окраску, чтобы привлекать самок в период ухаживания.

Исследователи предположили, что такую радужную окраску обуславливает микроструктура на чешуйках пауков, которая по сути представляет собой изогнутую дифракционную решетку. Они использовали сканирующую и просвечивающую электронную микроскопию, а также гиперспектральную съемку, чтобы проверить эту гипотезу. Ученые выяснили, что эти чешуйки в поперечнике имеют форму, напоминающую аэродинамический профиль крыла, а на их поверхности располагается периодическая структура с периодом в сотни нанометров, что сравнимо с длиной волны видимого света.

Ученые решили подтвердить свои выводы, создав искусственные структуры трех форм. Одна из них была плоской, а две другие объемными: с сечением в виде пентагональной призмы и с плавно изгибающимся сечением. Они напечатали с помощью двухфотонной нанолитографии три полимерные структуры и проверили их оптические свойства. Выяснилось, что только структура с плавно изгибающимся сечением имела такие же свойства, как и настоящие чешуйки пауков. Также авторы обнаружили, что разрешающая способность таких структур примерно в два раза выше, чем у обычных плоских дифракционных решеток. Они считают, что использование такой структуры в оптических устройствах, к примеру, спектрометрах, поможет значительно уменьшить их размеры.

Недавно другие американские ученые разработали метод производства частиц-фотонных кристаллов на основе меланина, цвет которых можно регулировать соотношением материалов, при одинаковом их составе.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.