Ljust färgade australiska påfågelspindlar ( Maratus spp. ) fånga även de mest arachnofoba tittarna med sina flamboyanta uppvaktningsdisplayer med olika och invecklade kroppsfärger, mönster, och rörelser - alla förpackade i miniatyrkroppar som mäter mindre än 5 mm i storlek för många arter. Dock, dessa skärmar är inte bara vackra att titta på, de inspirerar också till nya sätt för människor att producera färg inom teknik.

En art av påfågelspindel - regnbågspåfågelspindeln ( Maratus robinsoni ) - är särskilt imponerande, eftersom den visar upp en intensiv regnbågens iriserande signal i hanarnas uppvaktningsskärmar till honorna. Detta är det första kända exemplet av hanar som använder en hel regnbåge av färger för att locka honor att para sig. Men hur gör hanar sina regnbågar?

Att räkna ut svaret var i sig tvärvetenskapligt så Dr Bor -Kai Hsiung - nu en postdoktor vid Scripps Institution of Oceanography vid University of California San Diego - samlade ett team som inkluderade biologer, fysiker och ingenjörer medan han var doktorand. student vid University of Akrons (UA) Integrated Bioscience Ph.D. program under mentorskap av Dr. Todd Blackledge och Dr. Matthew Shawkey (nu vid University of Ghent), och stöds av UA:s Biomimicry Research and Innovation Center. Teamet omfattade forskare från USA - UA, Scripps Institution of Oceanography, California Institute of Technology (Caltech), och University of Nebraska -Lincoln (UNL) - Belgien (University of Gent), Nederländerna (University of Groningen), och Australien för att upptäcka hur regnbågspåfågelspindlar producerar denna unika iriserande signal.

Teamet undersökte spindelns fotoniska strukturer med hjälp av tekniker som inkluderade ljus- och elektronmikroskopi, hyperspektral avbildning, bildspridning och optisk modellering för att generera hypoteser om hur spindelskalan genererar så intensiva regnbågar. Teamet använde sedan avancerad nano 3D -utskrift för att tillverka olika prototyper för att testa och validera deras hypoteser. I slutet, laget fann att den intensiva regnbågens iriserande kom från specialiserade magvågar på spindlarna. Dessa vågar kombinerar en flygplansliknande mikroskopisk 3D-kontur med nanoskala diffraktionsgallstrukturer på ytan. Det är växelverkan mellan ytnano-diffraktionsgallret och den mikroskopiska krökningen hos vågarna som möjliggör separation och isolering av ljus i dess komponentvåglängder vid finare vinklar och mindre avstånd än vad som är möjligt med nuvarande teknik.

"Vem visste att en sådan liten critter skulle skapa en så intensiv iriserande med extremt sofistikerade mekanismer som kommer att inspirera optiska ingenjörer, "sa Dr Dimitri Deheyn med spänning under en intervju. Deheyn är postdoc -mentor för Hsiung vid Scripps Oceanography och medförfattare till denna forskning.

För Hsiung, fyndet var inte riktigt så oväntat. "En av de viktigaste frågorna som jag ville ta upp i min doktorsavhandling var" hur modulerar naturen iriserande? " Ur ett biomimikperspektiv, att helt förstå och ta upp en fråga, man måste ta hänsyn till ytterligheter från båda ändarna. Därav, Jag valde avsiktligt att studera dessa små spindlar med intensiv iriserande efter att ha undersökt de icke-iriserande blå tarantulorna, sa Hsiung.

Mekanismen bakom dessa små regnbågar kan inspirera till ny färgteknik, men skulle inte ha upptäckts utan forskning som kombinerar grundläggande naturhistoria med fysik och teknik.

"Att sammanföra så mångsidig forskningsexpertis för att förstå den otroliga mångfalden i naturen och sedan tillämpa den kunskapen på mänsklig teknik är exakt vad UA:s biomimicry Research and Innovation Center handlar om, sa Blackledge.

"Vi glömmer ibland att matematiska optiska modeller, medan kritiska verktyg, är hypoteser som måste testas, "svarade Shawkey, på frågan om hur denna forskning kan förändra hur forskare undersöker biologiska fotoniska strukturer i framtiden. "3D -utskrift i nanoskala gjorde att vi experimentellt kunde validera våra modeller, vilket var riktigt spännande. Vi hoppas att dessa tekniker kommer att bli vanliga i framtiden. "

"Som ingenjör, vad jag tyckte var fascinerande med dessa spindelstrukturella färger är hur dessa långt utvecklade komplexa strukturer fortfarande kan överträffa mänsklig teknik, "tillade Dr. Radwanul Hasan Siddique, en postdoktor vid Caltech och medförfattare till denna forskning. "Även med avancerade tillverkningstekniker, vi kunde inte replikera de exakta strukturerna. Jag undrar hur spindlarna monterar dessa fina strukturella mönster i första hand! "

Inspiration från dessa super iriserande spindelskalor kan användas för att övervinna nuvarande begränsningar i spektral manipulation, och att minska storleken på optiska spektrometrar för applikationer där finskalig spektralupplösning krävs i ett mycket litet paket, särskilt instrument för rymduppdrag, eller bärbara kemiska detektionssystem.

I slutet, påfågelspindlar producerar inte bara naturens minsta regnbågar, de kan också ha konsekvenser för ett brett spektrum av områden som sträcker sig från biovetenskap och bioteknik till materialvetenskap och teknik.