研究者はナノ3Dプリントを使用して、クジャクグモが虹を作る仕組みを研究している

近年、3Dスキャンと3Dプリント技術の急速な発展により、科学者は複雑で魅力的な構造をより詳細に観察できるようになり、自然の研究に重要な貢献を果たしました。最近、科学者たちはこの分野で、オーストラリアのレインボーピーコックスパイダーに関する新たな進歩を遂げました。研究者チームは 3D ナノプリンティングを使用して、多色の虹彩ディスプレイを作成する方法を解明しました。その研究結果は、さまざまなエンジニアリングアプリケーションで使用できるようになりました。

オーストラリアのピーコックスパイダーは、おそらくクモ類の中で最も印象的な種であり、レインボーピーコックスパイダーは最も印象的な種です。オスのレインボーピーコックスパイダーは、目を引く色彩表現でメスを引き付けますが、体長5ミリメートルのこのクモは、孔雀よりもさらに一歩進んで、虹色をフルに表現することができます。これは自然界でこの能力を持つ唯一の生物であり、研究者チームはそれがどの程度可能なのかを知りたいと考えました。

この研究プロジェクトは学際的であり、カリフォルニア大学サンディエゴ校スクリップス海洋研究所の博士研究員であるボルカイ・シウン氏が主導している。彼はトッド・ブラックレッジとマシュー・ショーキーの指導の下、博士課程の学生として虹彩が自然に発生する仕組みを研究し、スペクトルの両極から問題にアプローチしました。彼は、虹色のクジャクグモに加え、虹色ではない青いコモリグモの解剖学も研究しました。

彼はさらに、アクロン大学、カリフォルニア工科大学、ネブラスカ大学リンカーン校、ベルギーのゲント大学、オランダのフローニンゲン大学、オーストラリアの生物学者、物理学者、エンジニアを含む国際チームを編成した。彼らは、レインボーピーコックスパイダーの虹色の仕組みを解明しようと試みました。研究チームは、光学顕微鏡、電子顕微鏡、ハイパースペクトルイメージング、イメージング散乱測定法、光学モデリングを使用しました。これらの技術により、研究者たちは、クモの鱗がどのようにしてその強烈な虹彩を作り出しているかについていくつかの一般的な仮説を立てることができ、それらの仮説を検証するために 3D プリントを利用することができました。

特殊なナノ3Dプリント技術を使用してプロトタイプを作成し、実験を行った結果、虹彩の輝きは特殊な腹部の鱗によって生み出されることが決定的に実証されました。クモの鱗には、翼の輪郭の微細な三次元輪郭が組み込まれており、表面にはナノスケールの回折格子構造があります。表面のナノ回折格子と鱗の微細な曲率との相互作用により、光が分離して各成分の波長に分かれ、強い虹色の光が生まれ、私たちの注意を引き、さらに重要なことに、適齢期のメスのクモの注意を引くのです。光の分離と隔離は、現在の人工工学技術で達成できるものよりも細かい角度と短い距離によって実現されます。

「エンジニアとして、これらのクモのカラフルな構造について私が興味深いと思うのは、長い時間をかけて進化したこれらの複雑な構造が、人間の工学を超えているということです」と、カリフォルニア工科大学の研究共著者の一人、ラドワヌル・ハサン・シディク氏は述べた。「最先端の製造技術をもってしても、正確な構造を再現することはできていません。」これらのクモがどのようにしてこれらの奇妙な構造パターンを組み上げるのか、私には全く分かりません。「

虹孔雀蜘蛛がどのようにして小さな虹を作り出すのかという発見は、工学やその他の分野における大きな進歩となる可能性があり、その鱗のメカニズムは色彩と光の技術における新たな進歩に影響を及ぼす可能性がある。この発見は、分光操作における現在の限界を克服し、分光計のサイズを縮小するのに役立つ可能性がある。これは、非常に小さなパッケージで優れたスペクトル分解能を必要とするアプリケーション、特に宇宙探査ミッション用の計測機器や産業環境向けのウェアラブル化学物質検出システムに使用できます。

出典: 3der

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