Cet insecte inspire des dispositifs d'invisibilité et des technologies de nouvelle génération

Les insectes de nos jardins recèlent des secrets insoupçonnés, susceptibles d’inspirer les technologies de demain. Une étude récente menée par des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie révèle les propriétés étonnantes des brochosomes, de minuscules particules sécrétées par les cicadelles. Ces découvertes conduiraient vers des matériaux optiques bio-inspirés aux applications diverses, à la dissimulation comme à la récupération d’énergie solaire.

La géométrie complexe des brochosomes décryptée

Les brochosomes, ces particules nanométriques au design évoquant un ballon de football, ont longtemps intrigué les scientifiques. Leur fonction exacte chez les cicadelles demeurait énigmatique depuis leur découverte dans les années 1950. C’est une équipe dirigée par Tak-Sing Wong, professeur de génie mécanique et de génie biomédical, qui a réussi à reproduire avec précision cette géométrie complexe et à mieux comprendre leur interaction avec la lumière visible et ultraviolette.

Cette avancée, publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), pourrait transformer notre approche des matériaux optiques.

Des applications technologiques inspirées de la nature

La reproduction en laboratoire des brochosomes par une méthode d’impression 3D de pointe a révélé leur capacité à réduire la réflexion de la lumière jusqu’à 94%. Lin Wang, chercheur postdoctoral en génie mécanique et auteur principal de l’étude, envisage des applications telles que des dispositifs de camouflage thermique, inspirés des stratégies de dissimulation des cicadelles.

La photo montre un ensemble de brochosomes synthétiques à micro-échelle imprimés en 3D. Dans la nature, les cicadelles produisent des brochosomes pour recouvrir les surfaces de leur corps. Il s’agit de sphéroïdes creux, nanoscopiques, en forme de boule de bouclier, avec des trous de passage répartis sur toute leur surface. Lin Wang et al. ont étudié la relation entre les propriétés optiques et les dessins géométriques des brochosomes en utilisant des brochosomes synthétiques imprimés en 3D. Les auteurs ont constaté que les trous de passage de ces boules creuses jouent un rôle important dans la réduction de la réflexion de la lumière. Il s’agit du premier exemple biologique montrant une fonctionnalité antiréflexion de courte longueur d’onde et de passe-bas rendue possible par les trous de passage et les structures creuses. Crédit : Lin Wang and Tak-Sing Wong/Penn State

Une armure de lumière pour les cicadelles

Les brochosomes pourraient servir d’armure anti-réfléchissante pour les cicadelles, les rendant moins visibles aux prédateurs dotés d’une vision ultraviolette. La taille uniforme des pores de ces structures, environ 200 nanomètres, est cruciale pour absorber la lumière à la fréquence ultraviolette. Cette découverte soulève des questions sur la raison d’une telle constance et suggère une fonction de camouflage possible contre les prédateurs.

Des brochosomes synthétiques pour de nouvelles applications

La fabrication de brochosomes synthétiques représente un défi majeur relevé par les chercheurs. Ces répliques artificielles pourraient conduire à des applications variées pour l’homme, telles que des systèmes de récolte d’énergie solaire plus efficaces, des revêtements protecteurs pour les produits pharmaceutiques, des écrans solaires avancés et même des dispositifs de dissimulation.

La prochaine étape pour l’équipe de recherche sera d’améliorer la fabrication des brochosomes synthétiques pour une production à une échelle plus proche de la taille naturelle.

Les brochosomes illustrés sont produits par la cicadelle G. serpenta. Les brochosomes sont des sphéroïdes creux, nanoscopiques, en forme de boule de bouclier, avec des trous de passage répartis sur la surface du corps des cicadelles. Lin Wang et al. ont étudié la relation entre les propriétés optiques et les dessins géométriques des brochosomes. Les auteurs ont constaté que les trous de passage de ces boules creuses jouent un rôle important dans la réduction de la réflexion de la lumière. Il s’agit du premier exemple biologique montrant une fonctionnalité antiréflexion à courte longueur d’onde et à faible passe rendue possible par des trous traversants et des structures creuses. Credit : Lin Wang and Tak-Sing Wong/Penn State

La biomimétique : une source d’inspiration pour l’innovation

Lin Wang souligne l’importance de l’approche biomimétique en recherche, où l’inspiration provient de la nature. Cette étude n’est qu’un exemple parmi tant d’autres où les insectes offrent des pistes pour résoudre des problèmes d’ingénierie. Les cicadelles ne sont pas de simples insectes, elles sont une source d’inspiration pour le développement de matériaux avancés.

Légende illustration : La photo représente une cicadelle G. serpenta. Lin Wang et al. ont étudié les motifs géométriques des revêtements de surface sur les corps des cicadelles. Les cicadelles produisent des brochosomes pour revêtir les surfaces de leur corps, qui sont des sphéroïdes creux, nanoscopiques, en forme de bouclier, avec des trous de passage répartis sur leurs surfaces. Les auteurs ont découvert que les trous de passage de ces boules creuses jouent un rôle important dans la réduction de la réflexion de la lumière. Il s’agit du premier exemple biologique montrant une fonctionnalité antiréflexion de courte longueur d’onde et de passe-bas rendue possible par les trous de passage et les structures creuses. Crédit : Lin Wang and Tak-Sing Wong/Penn State

Article : « Geometric design of antireflective leafhopper brochosomes » – DOI: 10.1073/pnas.2312700121

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