La plupart des objets que nous voyons sont colorés par des pigments, mais l'utilisation de pigments a des inconvénients :de telles couleurs peuvent s'estomper, les pigments industriels sont souvent toxiques, et certains effets de couleur sont impossibles à obtenir. Le monde naturel, cependant, présente également une coloration structurelle, où la microstructure d'un objet fait apparaître différentes couleurs. Des plumes de paon, par exemple, sont pigmentés de brun, mais—à cause des longs creux dans les plumes—reflètent le magnifique, des bleus et des verts irisés que nous voyons et admirons. Les récents progrès technologiques ont rendu pratique la fabrication du type de nanostructures qui entraînent une coloration structurelle, et des informaticiens de l'Institut des sciences et technologies d'Autriche (IST Austria) et de l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) ont maintenant créé un outil informatique qui crée automatiquement des modèles d'impression 3D pour les nanostructures qui correspondent à des couleurs. Leurs travaux démontrent le grand potentiel de coloration structurelle dans l'industrie, et ouvre la possibilité aux non-experts de créer leurs propres conceptions. Ce projet sera présenté lors de la plus grande conférence d'infographie de cette année, SIGGRAPHE 2018, par le premier auteur et postdoctorant IST Autriche Thomas Auzinger.

Les couleurs changeantes d'un caméléon et les bleus et verts irisés du papillon morpho, parmi tant d'autres dans la nature, sont le résultat d'une coloration structurelle, où les nanostructures provoquent des effets d'interférence dans la lumière, résultant en une variété de couleurs lorsqu'elles sont vues macroscopiquement. La coloration structurelle présente certains avantages par rapport à la coloration avec des pigments (où des longueurs d'onde particulières sont absorbées), mais jusqu'à récemment, les limites de la technologie signifiaient que la fabrication de telles nanostructures nécessitait des méthodes hautement spécialisées. De nouvelles configurations "d'écriture laser directe", cependant, coûtent environ autant qu'une imprimante 3D industrielle de haute qualité, et permettre une impression à l'échelle de la centaine de nanomètres (100 - 1000 fois plus fin qu'un cheveu humain), ouvrant la possibilité aux scientifiques d'expérimenter la coloration structurelle.

Jusque là, les scientifiques ont principalement expérimenté des nanostructures qu'ils avaient observées dans la nature, ou avec simple, conceptions nanostructurales régulières (par exemple, rangée après rangée de piliers). Thomas Auzinger et Bernd Bickel de l'IST Autriche, avec Wolfgang Heidrich de KAUST, cependant, a adopté une nouvelle approche innovante qui diffère à plusieurs égards. D'abord, ils résolvent la tâche de conception inverse :l'utilisateur entre la couleur qu'il souhaite reproduire, puis l'ordinateur crée un motif de nanostructure qui donne cette couleur, plutôt que d'essayer de reproduire des structures trouvées dans la nature. De plus, "notre outil de conception est entièrement automatique, " précise Thomas Auzinger. " Aucun effort supplémentaire n'est requis de la part de l'utilisateur. "

Seconde, les nanostructures dans le gabarit ne suivent pas un motif particulier ou ont une structure régulière; ils semblent être composés de manière aléatoire - une rupture radicale avec les méthodes précédentes, mais un avec de nombreux avantages. "Quand je regarde le modèle produit par l'ordinateur, je ne peux pas dire par la structure seule si je vois un motif pour le bleu, le rouge ou le vert, " explique Auzinger. " Mais cela signifie que l'ordinateur trouve des solutions que nous, en tant qu'humains, ne pouvait pas. Cette structure de forme libre est extrêmement puissante :elle permet une plus grande flexibilité et ouvre des possibilités d'effets de coloration supplémentaires. leur outil de conception peut être utilisé pour imprimer un carré qui apparaît rouge sous un angle, et bleu d'un autre (appelé coloration directionnelle).

Finalement, les efforts précédents ont également échoué en ce qui concerne la fabrication réelle :les dessins étaient souvent impossibles à imprimer. Le nouvel outil de conception, cependant, garantit que l'utilisateur se retrouvera avec un modèle imprimable, ce qui le rend extrêmement utile pour le développement futur de la coloration structurelle dans l'industrie. "L'outil de conception peut être utilisé pour prototyper de nouvelles couleurs et d'autres outils, ainsi que de trouver des structures intéressantes qui pourraient être produites industriellement, " ajoute Auzinger. Les premiers tests de l'outil de conception ont déjà donné des résultats positifs. " C'est incroyable de voir quelque chose composé entièrement de matériaux clairs apparaître coloré, simplement à cause de structures invisibles à l'œil humain, " dit Bernd Bickel, professeur à l'IST Autriche. "Nous sommes impatients d'expérimenter avec des matériaux supplémentaires, pour élargir la gamme d'effets que nous pouvons obtenir.

"C'est particulièrement excitant d'assister au rôle croissant des outils informatiques dans la fabrication, " conclut Auzinger, "et encore plus excitant de voir l'expansion de" l'infographie "pour englober des images physiques et virtuelles."