Светлячки помогают улучшить светодиодные линзы

Превосходная светопроницаемость «фонариков» светляков

Джонатан Сарфати
Перевод: Алексей Калько
Переведено с разрешения creation.com

Присоединяйтесь к нам на Facebook!

Нажмите «Нравится», чтобы первыми узнавать о новых статьях

Мы часто читаем статьи о том, как инженеры копируют инженерные находки в природе.1 Одним из перспективных направлений является изучение того, как организмы генерируют и манипулируют светом. Например, у светлячков и осьминогов2 биолюминесценция очень эффективно излучает свет с помощью химических реакций. Крылья некоторых бабочек отражают свет эффектных радужных цветов с помощью чешуек, которые выполняют роль дифракционных решёток, и имеют чрезвычайно чёрные края благодаря чешуйкам на крыльях, которые улавливают свет. Это вдохновило учёных на создание различных пигментов.3 А глаза моли имеют изобретательную анти-отражающую поверхность с нано-структурой, которую сложно повторить.4

Эффективной является не только биохимия этого процесса, но и светопропускание.

Светлячки – это семейство жуков,5 которые используют биолюминесценцию, чтобы произвести свечение на последних сегментах брюшка. У личинок это свечение, видимо, служит предупреждением, что их плоть ядовита, а у взрослых особей оно помогает привлечь партнёра. Свет производится с помощью химического вещества люциферина,6 находящегося в специальных клетках, называемых фотоцитами. Кроме того, для этого требуется фермент люцифераза, магний, кислород и энергия в форме молекул АТФ (которые производит самый миниатюрный двигатель в мире)7

Но эффективной является не только биохимия этого процесса, но и светопропускание. Органы свечения [лантерны] светляков имеют три слоя: кутикула (окно), фосфоресцирующий (производящий свет) и тыльный слой. Фосфоресцирующий слой излучает свет во всех направлениях. Лучи света проходят через кутикулу либо непосредственно, либо после отражения от тыльного слоя. Этот слой чрезвычайно хорошо отражает свет, потому что он представляет собой тонкослоистую структуру, которая называется диэлектрическим зеркалом.

Само окно также имеет удивительно прозрачную структуру. Обычно, когда свет проходит через границу между различными материалами, некоторая его часть теряется из-за отражения. Его можно свести к минимуму с помощью процесса, называемого согласованием оптических импедансов. Оказывается, что кутикулы на лантернах светляков имеют микроскопическую структуру, которая именно это и обеспечивает. Она имеет очень маленькие гребни – 150 нм в ширину и 110 нм в высоту (1 см – это 10 миллионов нм), расположенные с интервалом (расстояние между соседними пиками) 250 нм.8 Оказывается, что это – лучшие параметры для пропускания света светлячков с пиковой длиной волны 560 нм (жёлто-зелёного). Кстати, наши глаза наиболее чувствительны именно к этому цвету.

Если для создания плагиатной копии требуется блестящий замысел, насколько больше он требуется для создания оригинала?

И вот, группа исследователей из лаборатории Biophotonics Корейского института передовых технологий во главе с Ки Хун Чжоном продублировала эту структуру для покрытия линзы светодиода. Это позволило увеличить светопроницаемость на 3% по сравнению с гладкой линзой. Возможно, звучит не очень впечатляюще, но это хорошее начало на пути к максимальному увеличению энергоэффективности. Исследователи говорят: «Эта вдохновлённая биологией идея может открыть новые возможности для повышения эффективности светоотдачи светодиодных блоков высокой мощности».

Конечно, авторы статьи традиционно приписывают создание таких структур эволюции, утверждая, что «эффективные версии этих наноструктур были отобраны в течение сотен миллионов лет».9 Но в практических исследованиях были использованы принципы проектирования, чтобы скопировать эти наноструктуры. И если для создания плагиатной копии требуется блестящий замысел, насколько больше он требуется для создания оригинала?

Статьи по теме

Видео по теме

Ссылки и примечания

  1. См. Scientists copying nature (biomimetics), creation.com/biomimetics Назад к тексту
  2. Johnsen, S. и др., A., Light-emitting suckers in an octopus, Nature 398(6723):113–114, 11 марта 1999 г. См. также Sarfati, J., Octopus suckers: glowing in the dark, Creation 21(3):6, 1999 г.; creation.com/octopus Назад к тексту
  3. Vukusic, P., и др., Sculpted-multilayer optical effects in two species of Papilio butterfly, Applied Optics 40(7):1116–1125, 2001 г. См. также Sarfati, J., Beautiful black and blue butterflies, Journal of Creation 19(1):9–10, 2005 г.; creation.com/blue; By Design, гл. 3, Creation Book Publishers, 2008 г. Некоторые бабочки даже производят двойной сигнал с помощью двух дифракционных решёток одинакового масштаба, наложенных друг на друга. См. Ingram, A.L. и др., Dual gratings interspersed on a single butterfly scale, Journal of the Royal Society Interface 5(28):1387–1390, 6 ноября 2008 г. | DOI 10.1098/rsif.2008.0227; Sarfati, J., Butterfly brilliance: Dual diffraction gratings produce two colour signals, Journal of Creation 23(1):15–16, 2009 г. Назад к тексту
  4. Hadhazy, A., Moths’ eyes inspire reflection-free displays, LiveScience.com, 25 мая 2010 г. См. также Moth eyes inspire anti-reflective surface—but difficult to copy, Creation 32(4):11, 2010 г. Назад к тексту
  5. Европейские светлячки – это жуки из семейства светляков (Lampyridae), взрослые самки которых бескрылы. Пещерные светлячки в Австралии и Новой Зеландии – это личинки грибных комариков, излучающих свет, чтобы привлечь мошек, которые попадаются на их липкие нити. Назад к тексту
  6. Латинское lucifer (люцифер)означает просто «несущий свет», самослово не имеет отношения к сатане, несмотря на то, что его иногда так называют, потому что он выдаёт себя за ангела света (2-е Коринфянам 11:14). Назад к тексту
  7. Thomas, B., ATP synthase: majestic molecular machine made by a mastermind, Creation 31(4):21–23, 2009; creation.com/atp-synthase Назад к тексту
  8. Kim, Jae-Jun and six others, Biologically inspired LED lens from cuticular nanostructures of firefly lantern, PNAS 109(46):18674–18678, 13 ноября 2012г. | doi:10.1073/pnas.1213331109 Назад к тексту
  9. Hodson, H., Firefly glow lights up better LEDs, newscientist.com, 29 октября 2012 г. Назад к тексту

ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ!

Наверх