by

Warna struktural: Burung Merak, Gelas Romawi dan Robert Hooke

Selama ribuan tahun, alam telah menghasilkan efek visual yang cemerlang. Apa prinsip fisik di baliknya dan bagaimana kita dapat menggunakannya?

Warna adalah bagaimana kita memvisualisasikan berbagai panjang gelombang cahaya. Warna yang kita lihat tergantung pada cahaya yang dipantulkan atau ditransmisikan dari objek ke mata kita. Sumber warna yang paling umum adalah pigmentasi: hampir semua yang kita lihat, termasuk pakaian dan diri kita sendiri, diwarnai oleh molekul pigmen.
 
Warna struktural: Burung Merak, Gelas Romawi dan Robert Hooke
Struktur nano pada kumbang cangkang sayap
bertanggung jawab atas warna-warna terang cerah hewan ini.
Tapi ada cara lain untuk membuat warna seperti buah, kumbang, kupu-kupu dan burung merak, semua menngunakan warna struktural. Warnanya berubah tergantung pada sudut pandang kita, karena struktur mikroskopis pada permukaannya yang mengganggu pantulan cahaya. Manusia telah menggunakan warna struktural jauh sebelum mengetahui penyebabnya, dan saat ini para ilmuwan mengambil inspirasi dari alam untuk mengembangkan warna struktural lebih lanjut. “Kami bisa mencoba membuat bahan yang memanipulasi cahaya menggunakan prinsip fisik yang sama dengan yang ditemukan di alam,” kata Pete Vukusic, seorang profesor biofotonik di University of Exeter, Inggris. “Tujuannya bukan untuk menutupi atau menyembunyikan sesuatu, tetapi untuk memberikan bahan dan benda yang menarik dan sifat optik fungsional seperti kecerahan, arah, atau warna-warni.”
 

Sejarah singkat interferensi gelombang
Suatu sore yang cerah di abad ke-17, Robert Hooke menemukan sesuatu yang telah hilang dalam sejarah. Bertanya-tanya mengapa warna bulu merak berubah jika dilihat dari sudut yang berbeda (disebut iridescence), ia memasukkan bulu ke dalam air dan membuat penemuan yang mencengangkan: warnanya menghilang. “Fantastis”, tulisnya. Dengan menggunakan mikroskop, Hooke melihat bahwa bulu merak tertutupi punggungan kecil. Dia menyimpulkan bahwa ini adalah bukti bahwa pantulan cahaya dan pembiasan berada di belakang warna.

Warna struktural: Burung Merak, Gelas Romawi dan Robert Hooke
Interferensi gelombang dalam kolam renang. Kalahkan
air untuk membuat dua gelombangdan tunggu sampai mereka bertemu. Di beberapa daerah, ombak menghilang (air menjadi datar), pada yang lain ombak menjadi lebih besar

Kita tahu sekarang bahwa warna banyak burung dan serangga muncul dari warna struktural, dihasilkan oleh cahaya yang berinteraksi dengan struktur biasa yang hanya berukuran beberapa ratus nanometer. Struktur-struktur ini memecah cahaya datang menjadi beberapa gelombang pantul yang saling mengganggu, menghancurkan atau memperkuat panjang gelombang yang berbeda dalam arah yang berbeda dan tampak di mata kita sebagai berwarna cerah atau berwarna-warni. Dalam sistem pigmen, fisika benar-benar berbeda, yang menjelaskan mengapa warna struktural bisa jauh lebih cerah. “Pigmen memantulkan dan menyerap cahaya. Proses penyerapan ini, yang merupakan intrinsik untuk produksi warna pigmen, adalah hal-hal yang dapat membatasi kecerahan warna, ”kata Vukusic.

Warna struktural: Burung Merak, Gelas Romawi dan Robert Hooke
Dalam beberapa kondisi, dua gelombang dapat menumpangkan dan menghasilkan gelombang dengan amplitudo lebih besar ketika mereka sejajar dalam fase (kiri), tetapi mereka juga dapat saling menghancurkan jika di luar fase (kanan). Dalam warna struktural, visiblelight terurai ketika dipantulkan oleh struktur nano tertentu: panjang gelombang tertentu diperkuat dan lainnya hancur, memberikan bahan berwarna cerah atau berwarna-warni.

Warna struktural – masa lalu, sekarang dan masa depan

Selama ribuan tahun evolusi, organisme hidup telah menguasai cara memanipulasi dan menyalurkan cahaya menggunakan struktur nano halus yang disusun secara berkala. Burung merak, misalnya, menggunakan warna-warna struktural yang cemerlang dari bulu-bulu mereka sebagai bagian dari masa kawin mereka. Saat ini desain biologis ini menginspirasi para insinyur yang ingin mengontrol cahaya dalam teknologi optik. Para ilmuwan sedang bekerja untuk menghasilkan layar reflektif warna, untuk e-book atau kertas elektronik, yang tidak membutuhkan cahaya mereka sendiri untuk dapat dibaca. Penampilan ini akan menggunakan daya yang jauh lebih sedikit daripada versi cahaya di komputer, smartphone, dan TV. Manusia juga menggunakan warna struktural tanpa menyadarinya.

Warna struktural: Burung Merak, Gelas Romawi dan Robert Hooke
Struktural yang mencolok
warna gelas Lycurgus:
cahaya yang dipantulkan tampak hijau
saat ditransmisikan cahaya
bersinar merah.

Gelas Lycurgus adalah artefak Romawi yang disimpan di British Museum di London, Inggris. Terbuat dari kaca, warnanya berubah dari hijau menjadi merah tergantung pada apakah cahaya datang dipantulkan oleh kaca atau melewati dari belakang (Freestone, 2007). Seperti bulu merak, warna yang mencolok dari gelas Lycurgus adalah karena warna struktural, tetapi hanya saja disebabkan oleh struktur yang jauh lebih kecil, hanya beberapa nanometer melintang dari nanopartikel emas tersebar di dalam kaca. Ketika permukaan partikel nano logam berinteraksi dengan cahaya, mereka mempertahankan dan mengarahkan warna cahaya tertentu. Pembuat kaca Romawi secara kebetulan menemukan bahwa logam mulia yang ditambahkan ke kaca memberikan efek warna yang mengesankan, tetapi mereka tidak dapat mereproduksinya, dan beberapa potongan serupa yang tersisa hari ini semuanya dibuat sekitar abad keempat SM.

Sekarang ini, akhirnya, manusia dapat menggunakan ilmu warna struktural untuk membuat banyak objek, bahkan lipstik di tas kita. Dengan menggunakan partikel yang terbuat dari banyak lapisan tipis dan merendamnya ribuan dalam formulasi, kita mendapatkan lipstik berwarna-warni. “Struktur nano biasa yang terkandung dalam partikel-partikel ini sangat memantulkan warna, memberikan penampilan dramatis dan selektif yang berbeda dalam arah yang berbeda,” kata Vukusic, yang juga bekerja dengan perusahaan kosmetik L’Oréal.
 

Para peneliti juga mencoba menggunakan fisika saluran cahaya dan warna struktural dalam industri plastik. Ini adalah ide di balik Plast4Future, sebuah proyek penelitian yang dipimpin oleh Anders Kristensen dari Technical University of Denmark, yang berfokus pada pembuatan plastik berwarna yang lebih ramah lingkungan. “Dengan warna struktural, kita dapat membuat plastik menggunakan lebih sedikit bahan dan itu juga memfasilitasi daur ulang sesuai dengan filosofi produksi tanpa limbah,” kata Kristensen, merujuk pada pendekatan yang memodelkan industri manusia pada proses-proses alam, memastikan bahwa energi dan sumber daya material mengalir antar kompartemen tanpa kehabisan atau mengumpulkan limbah.

Sifat fisik yang sama yang mewarnai kaca Lycurgus suatu hari nanti bisa mewarnai plastik yang tersedia secara komersial. Profesor Kristensen mengembangkan cara untuk melakukan ini tahun lalu. Pertama, timnya membuat cetakan silikon dengan array ribuan nanoholes. Kemudian mereka mencetak plastik dan meletakkan lapisan tipis aluminium di atasnya. Hasilnya adalah plastik berwarna tanpa pigmen, dan warnanya dapat disesuaikan dengan mengubah diameter nanoholes (Clausen, 2014). “Untuk daur ulang, aluminium dapat dikeluarkan dari plastik, yang kemudian dapat dilebur dan dicetak ulang, menghasilkan plastik dengan warna yang sama atau yang lain,” jelas Kristensen. “Namun, dengan sistem tradisional, pigmen tidak dapat dilepas sehingga plastik daur ulang akan memiliki warna yang sama,” yang berarti bahwa daur ulang plastik saat ini lebih boros dan kompleks.

Proyek Plast4Future juga mengeksplorasi cara memberi fitur lain pada plastik, seperti antifogging atau bahkan hidrofobik (menolak air). Semua inovasi ini menarik bagi perusahaan yang membuat berbagai hal mulai dari mobil hingga mainan: Fiat dan LEGO adalah mitra aktif dalam proyek ini.

Jauh dari rasa penasaran, warna struktural adalah alat untuk mencapai dunia yang lebih bersih dan tidak tercemar. Skenario seperti itu sulit dibayangkan oleh tokoh sejarah utama dalam cerita ini, tetapi mereka semua membantu kita untuk memahami apa yang kita ketahui hari ini tentang sumber efek visual yang luar biasa ini.

Demikian Warna struktural: Burung Merak, Gelas Romawi dan Robert Hooke 

Comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.