Natural inspiración

El azulejo golondrina es un pájaro que puede verse en el norte de Argentina y en otros países de Latinoamérica; su color alterna notablemente entre el azul y el verde debido a la incidencia de la luz en el plumaje y a la dirección en la que se lo observa. El grupo de Electromagnetismo Aplicado del Departamento de Física acaba de publicar una investigación sobre un modelo teórico que permite simular el desorden de los cristales fotónicos, inspirado en la microestructura particular que poseen las plumas de esta especie.

“El trabajo surgió por la inquietud de un grupo de investigadores del Museo de Ciencias Naturales; ellos habían estudiado el color estructural en la especie Tersina viridis y sabían que la tonalidad se veía influida tanto por el ángulo de observación como por el de incidencia”, explica Diana Skigin, profesora e investigadora del Instituto de Física de Buenos Aires, y agrega: “En una primera etapa, nuestro grupo focalizó su aporte en conocer en profundidad la microestructura natural presente  dentro de la pluma del ave; los materiales que la componen; los parámetros de organización y disposición y las simetrías a través de técnicas de microscopía electrónica, para luego poder formular un modelo electromagnético adecuado”.

El color estructural, a diferencia de la coloración por pigmentos, es producido por la interacción  entre la luz y una nanoestructura, cuyas características típicas son del orden de la de la longitud de onda del espectro visible: entre 380 y 780 nanómetros. En este caso, las ondas electromagnéticas son interceptadas por los pequeños hilos de una pluma, sus barbas y bárbulas. “Pudimos ver que la microestructura está compuesta por esferas de aire inmersas en una matriz de beta-queratina; dispuestas de manera irregular. Las esferas tienen un tamaño bastante uniforme pero su distribución es desordenada”, dice Skigin.

El desafío fue modelar la respuesta electromagnética de esa estructura fotónica particular que los investigadores definen como “cuasi ordenada”, y para eso utilizaron un método que sirve para tratar estructuras que son estrictamente periódicas. “En la simulación estimamos la respuesta reflejada promediando los espectros de reflectancia calculados a través del método Korringa-Kohn-Rostoker para diferentes parámetros geométricos. Y, también, aplicamos la aproximación de extinción interna, que permite representar imperfecciones en la estructura agregando una pequeña parte imaginaria a la constante dieléctrica de las inclusiones”.

Es la primera vez que este método se utiliza para modelar la respuesta electromagnética de una estructura biológica. El modelo permite hacer un estudio general de la estructura y así modificar parámetros teóricamente, inspirarse para el diseño de posibles nuevas estructuras.