Une araignée paon miniature à l'irisation arc-en-ciel. a) Un mâle adulte Maratus robinsoni. b) Un M. robinsoni reposant sur un ongle humain :l'araignée ne mesure qu'environ 2,5 mm. L'abdomen irisé de l'araignée est indiqué par la flèche noire. c) Une vue agrandie (barre d'échelle :200 μm) du même abdomen d'araignée comme indiqué dans le carré en pointillés de a, mais avec un angle de vue différent. Notez que les couleurs des patchs irisés changent presque en leurs couleurs complémentaires entre les deux vues différentes, du bleu au rouge (flèches rouges), et du violet au vert jaune (flèches bleues). Crédit :Dr Jürgen C. Otto, coauteur
Araignées paon australien aux couleurs vives ( Maratus spp. ) captivent même les téléspectateurs les plus arachnophobes avec leurs parades nuptiales flamboyantes présentant des colorations corporelles diverses et complexes, motifs, et les mouvements - tous emballés dans des corps miniatures mesurant moins de 5 mm pour de nombreuses espèces. Cependant, ces écrans ne sont pas seulement jolis à regarder, ils inspirent également de nouvelles façons pour les humains de produire de la couleur grâce à la technologie.
Une espèce d'araignée paon - l'araignée paon arc-en-ciel ( Maratus robinsoni ) - est particulièrement impressionnant, car il présente un signal irisé arc-en-ciel intense dans les parades nuptiales des mâles aux femelles. C'est le premier cas connu dans la nature de mâles utilisant tout un arc-en-ciel de couleurs pour inciter les femelles à s'accoupler. Mais comment les mâles fabriquent-ils leurs arcs-en-ciel ?
Trouver la réponse était intrinsèquement interdisciplinaire, alors le Dr Bor-Kai Hsiung - maintenant chercheur postdoctoral à la Scripps Institution of Oceanography de l'Université de Californie à San Diego - a réuni une équipe qui comprenait des biologistes, physiciens et ingénieurs alors qu'il était titulaire d'un doctorat. étudiant au doctorat en biosciences intégrées de l'Université d'Akron (UA). programme sous le mentorat du Dr Todd Blackledge et du Dr Matthew Shawkey (maintenant à l'Université de Gand), et soutenu par le Centre de recherche et d'innovation en biomimétisme de l'UA. L'équipe comprenait des chercheurs des États-Unis - UA, Scripps Institution d'océanographie, Institut de technologie de Californie (Caltech), et Université du Nebraska-Lincoln (UNL) - Belgique (Université de Gand), Pays-Bas (Université de Groningue), et l'Australie pour découvrir comment les araignées paon arc-en-ciel produisent ce signal irisé unique.
L'équipe a étudié les structures photoniques de l'araignée à l'aide de techniques telles que la microscopie optique et électronique, imagerie hyperspectrale, imagerie diffusiométrique et modélisation optique pour générer des hypothèses sur la façon dont l'échelle de l'araignée génère des arcs-en-ciel si intenses. L'équipe a ensuite utilisé l'impression nano 3D de pointe pour fabriquer différents prototypes afin de tester et de valider leurs hypothèses. À la fin, l'équipe a découvert que l'irisation intense de l'arc-en-ciel émergeait des écailles abdominales spécialisées des araignées. Ces échelles combinent un contour 3D microscopique semblable à un profil aérodynamique avec des structures de réseau de diffraction à l'échelle nanométrique sur la surface. C'est l'interaction entre le réseau de nano-diffraction de surface et la courbure microscopique des écailles qui permet la séparation et l'isolement de la lumière dans ses longueurs d'onde composantes à des angles plus fins et à des distances plus petites que celles possibles avec les technologies d'ingénierie actuelles.
Micrographie légère de motifs arc-en-ciel M. robinsoni Balance. Carré central noir :4?×?4?μm2 Crédit :Dr. Bor-Kai Hsiung, coauteur
"Qui savait qu'une si petite bestiole créerait une irisation si intense à l'aide de mécanismes extrêmement sophistiqués qui inspireront les ingénieurs optiques, " a déclaré le Dr Dimitri Deheyn avec enthousiasme lors d'une interview. Deheyn est le mentor postdoctoral de Hsiung à Scripps Oceanography et un co-auteur de cette recherche.
Pour Hsiung, la découverte n'était pas si inattendue. « L'une des principales questions que je voulais aborder dans ma thèse de doctorat était « comment la nature module-t-elle l'irisation ? » Du point de vue du biomimétisme, pour bien comprendre et répondre à une question, il faut tenir compte des extrêmes des deux côtés. D'où, J'ai volontairement choisi d'étudier ces minuscules araignées aux irisations intenses après avoir enquêté sur les mygales bleues non irisées, " dit Hsiung.
Le mécanisme derrière ces minuscules arcs-en-ciel peut inspirer une nouvelle technologie de couleur, mais n'aurait pas été découvert sans la recherche combinant l'histoire naturelle de base avec la physique et l'ingénierie.
"Réunir une expertise de recherche aussi diversifiée pour comprendre l'incroyable diversité de la nature, puis appliquer ces connaissances à la technologie humaine est exactement l'objectif du Centre de recherche et d'innovation en biomimétisme d'UA, " dit Blackledge.
Un zoom avant sur l'abdomen de l'araignée Peacock Maratus robinsoni . Crédit :Dr Jürgen Otto, coauteur
« On oublie parfois que les modèles optiques mathématiques, tandis que les outils critiques, sont des hypothèses à tester, " répondit Shawkey, lorsqu'on leur a demandé comment cette recherche pourrait changer la façon dont les chercheurs étudient les structures photoniques biologiques à l'avenir. "L'impression 3D à l'échelle nano nous a permis de valider expérimentalement nos modèles, ce qui était vraiment excitant. Nous espérons que ces techniques deviendront courantes à l'avenir."
« En tant qu'ingénieur, ce que j'ai trouvé fascinant à propos de ces couleurs structurelles d'araignées, c'est comment ces structures complexes évoluées depuis longtemps peuvent encore surpasser l'ingénierie humaine, " a ajouté le Dr Radwanul Hasan Siddique, chercheur postdoctoral à Caltech et co-auteur de cette recherche. "Même avec des techniques de fabrication haut de gamme, nous ne pouvions pas reproduire les structures exactes. Je me demande comment les araignées assemblent ces motifs structurels fantaisistes en premier lieu !"
L'inspiration de ces écailles d'araignées super irisées peut être utilisée pour surmonter les limitations actuelles de la manipulation spectrale, et pour réduire la taille des spectromètres optiques pour les applications où une résolution spectrale à petite échelle est requise dans un très petit boîtier, notamment les instruments des missions spatiales, ou des systèmes portables de détection de produits chimiques.
À la fin, les araignées paon ne produisent pas seulement les plus petits arcs-en-ciel de la nature, ils pourraient également avoir des implications pour un large éventail de domaines allant des sciences de la vie et des biotechnologies aux sciences des matériaux et à l'ingénierie.
