L’uccello del paradiso da origine del tessuto più nero mai realizzato

Un tessuto ultranero capace di assorbire il 99,87% della luce nasce dallo studio delle piume dell’uccello fucile magnifico. Una ricerca della Cornell University apre applicazioni concrete tra ottica avanzata, energia e design tessile.

Il nero come fenomeno fisico e non solo cromatico

Il concetto di “nero assoluto” in ambito scientifico non coincide con una semplice percezione visiva, ma con la capacità di un materiale di assorbire la radiazione luminosa incidente su un ampio spettro di lunghezze d’onda e su un’estensione angolare significativa. Nei materiali convenzionali, anche quelli percepiti come molto scuri, una frazione della luce viene sempre riflessa o diffusa, generando bagliori, riflessi speculari o variazioni tonali legate all’angolo di osservazione.

Negli ultimi decenni la ricerca sui materiali ultraneri si è concentrata soprattutto su rivestimenti per applicazioni ottiche e aerospaziali, come i famosi array di nanotubi di carbonio. In questo scenario, l’emergere di un materiale tessile ultranero, flessibile e lavorabile, rappresenta un cambio di paradigma. L’ispirazione non arriva da un laboratorio di fisica dei materiali, ma dall’osservazione biologica di una delle superfici naturali più efficienti nell’assorbire la luce: il piumaggio di alcuni uccelli del paradiso.

Il modello biologico: l’uccello fucile magnifico

Il punto di partenza dello studio è l’analisi del piumaggio del Ptiloris magnificus, noto come uccello fucile magnifico, specie diffusa tra Nuova Guinea e Australia. Questo uccello è celebre per il colore eccezionalmente scuro delle piume del petto e della testa, una caratteristica che gioca un ruolo chiave nei rituali di corteggiamento.

A differenza di molti colori animali, che derivano da strutture fotoniche ordinate o da interferenze costruttive, il nero vellutato dell’uccello fucile magnifico nasce da una combinazione di chimica del pigmento e microstruttura superficiale. La melanina fornisce l’assorbimento di base, ma la vera efficacia ottica dipende dalla geometria delle barbule, sottili ramificazioni delle penne, disposte in modo estremamente compatto e orientate per intrappolare la luce incidente.

Le misure ottiche mostrano che questa architettura induce una serie di riflessioni multiple interne che riducono drasticamente la probabilità che un fotone venga riflesso verso l’esterno. L’effetto è direzionale: osservato frontalmente, il piumaggio appare come un nero profondo e opaco; cambiando angolazione, emergono riflessi più lucidi. Questo comportamento anisotropo è stato uno degli aspetti più rilevanti per la trasposizione ingegneristica del fenomeno.

Dall’ornitologia alla scienza dei materiali

Lo studio che ha portato alla realizzazione del tessuto ultranero è stato condotto da un gruppo di ingegneri della Cornell University ed è stato pubblicato su Nature Communications. L’approccio seguito non si è limitato a replicare l’aspetto estetico del piumaggio, ma ha mirato a ricostruirne i principi funzionali.

Il primo passo ha riguardato la scelta del substrato tessile. È stata utilizzata una lana merino a maglia, inizialmente bianca, selezionata per la sua struttura fibrosa, la compatibilità con trattamenti chimici e la diffusione in ambito tessile. La colorazione non è avvenuta con pigmenti convenzionali, ma tramite l’impiego di polidopamina, una melanina sintetica che imita il comportamento ottico e chimico della melanina naturale.

Il ruolo della polidopamina come melanina artificiale

La polidopamina è un polimero bioispirato, noto per la sua capacità di aderire a un’ampia gamma di superfici e di assorbire efficacemente la luce. In ambito scientifico viene già utilizzata come rivestimento funzionale, grazie alla sua stabilità chimica e alla possibilità di controllarne lo spessore.

Nel caso del tessuto ultranero, la polidopamina svolge una duplice funzione. Da un lato, fornisce un assorbimento spettrale elevato su tutto il visibile; dall’altro, costituisce la base per la formazione di strutture superficiali complesse quando il materiale viene sottoposto a trattamenti successivi. Il semplice pigmento, da solo, non sarebbe sufficiente a raggiungere i livelli di assorbimento osservati.

La lavorazione al plasma e la formazione delle nanofibrille

Il passaggio chiave del processo produttivo consiste nel trattamento del tessuto in una camera al plasma. Questo tipo di lavorazione consente di modificare la superficie delle fibre su scala nanometrica, senza compromettere la struttura macroscopica del materiale.

Durante l’esposizione al plasma, sulla superficie delle fibre di lana rivestite di polidopamina si formano nanofibrille spinose, vere e proprie escrescenze irregolari con dimensioni dell’ordine dei nanometri. Questa morfologia riproduce, in modo funzionale, l’organizzazione delle barbule del piumaggio dell’uccello fucile magnifico.

Dal punto di vista ottico, il risultato è un ambiente in cui la luce incidente subisce numerose riflessioni interne, rimanendo intrappolata tra le nanofibrille. Ogni interazione aumenta la probabilità di assorbimento, riducendo drasticamente la riflettanza complessiva del tessuto.

Prestazioni ottiche: dati misurati e confronto con altri materiali

Le analisi sperimentali hanno evidenziato una riflettanza totale media dello 0,13%, corrispondente a un assorbimento del 99,87% della luce incidente. Questo valore colloca il tessuto come il materiale tessile più scuro mai documentato in letteratura scientifica.

Un aspetto di rilievo riguarda la stabilità angolare dell’effetto ultranero. Il tessuto mantiene le sue caratteristiche ottiche su un’apertura angolare di 120 gradi, apparendo visivamente invariato fino a 60 gradi a destra o a sinistra rispetto alla direzione frontale. Molti materiali ultraneri commerciali mostrano invece un aumento significativo della riflettanza già a piccoli angoli di osservazione.

Questo comportamento rende il tessuto particolarmente interessante per applicazioni in cui la luce può incidere da direzioni variabili, condizione tipica sia negli ambienti naturali sia nei sistemi ottici complessi.

Implicazioni per l’ottica avanzata e l’astronomia

Uno dei settori che può beneficiare maggiormente di un materiale ultranero flessibile è quello dell’ottica di precisione. Nei telescopi, terrestri e spaziali, la riduzione della luce parassita è fondamentale per migliorare il rapporto segnale-rumore e la qualità delle osservazioni.

Un tessuto con assorbimento elevatissimo e buona stabilità angolare può essere impiegato come rivestimento interno, schermatura o elemento di baffling, riducendo riflessi indesiderati senza ricorrere a rivestimenti rigidi o fragili. La natura tessile del materiale apre inoltre possibilità di integrazione in geometrie complesse e superfici non planari.

Applicazioni potenziali nel settore energetico

L’assorbimento quasi totale della luce rende questo materiale interessante anche per il settore fotovoltaico e per i sistemi di conversione solare. In determinati contesti, come i collettori solari sperimentali o i dispositivi di misura dell’irraggiamento, minimizzare la riflessione consente di aumentare l’efficienza complessiva del sistema.

Un tessuto ultranero potrebbe essere utilizzato come rivestimento di supporto o come elemento integrato in dispositivi ibridi, in cui flessibilità e leggerezza rappresentano un vantaggio rispetto ai rivestimenti rigidi tradizionali.

Il passaggio al design e alla moda sperimentale

Il materiale sviluppato alla Cornell University è stato anche sperimentato in ambito creativo da una neolaureata in fashion design management, che ha realizzato un abito nero senza spalline ispirato all’uccello fucile magnifico. Il tessuto ultranero è stato inserito come elemento centrale, accostato a un blu iridescente che richiama le tonalità presenti nel piumaggio naturale.

Le immagini dell’abito hanno fornito una dimostrazione visiva delle proprietà ottiche del materiale: modificando contrasto, luminosità o bilanciamento del colore, tutti gli altri elementi dell’immagine subiscono variazioni percepibili, mentre l’ultranero rimane stabile e visivamente “piatto”. Questo comportamento evidenzia l’assenza di riflessi speculari e la capacità del tessuto di assorbire la luce in modo uniforme.

Brevetto, riproducibilità e prospettive industriali

Per il tessuto ultranero è stata presentata domanda di brevetto, segnale della volontà di tutelare un processo che combina materiali relativamente comuni con trattamenti avanzati di superficie. Dal punto di vista industriale, uno degli aspetti più rilevanti riguarda la scalabilità del processo.

L’uso di lana merino e polidopamina suggerisce una potenziale compatibilità con filiere tessili esistenti, mentre la lavorazione al plasma, già diffusa in diversi settori industriali, potrebbe essere adattata a produzioni su scala maggiore. Restano da valutare fattori come la durabilità nel tempo, la resistenza all’usura e il comportamento del materiale in condizioni ambientali variabili.

Biomimetica come metodo progettuale

Questo lavoro rappresenta un esempio concreto di biomimetica applicata, in cui l’osservazione di una soluzione evolutiva viene tradotta in un dispositivo ingegneristico funzionale. Il piumaggio dell’uccello fucile magnifico non viene imitato nella forma esterna, ma nei meccanismi fisici che regolano l’interazione con la luce.

L’approccio evidenzia come la natura offra architetture ottiche estremamente sofisticate, sviluppate attraverso la selezione naturale, che possono essere reinterpretate con strumenti della scienza dei materiali e della nanotecnologia. In questo caso, il risultato non è un semplice effetto estetico, ma un materiale con prestazioni misurabili e applicazioni trasversali.

Un nuovo riferimento per i materiali ultraneri

Il tessuto ispirato all’uccello del paradiso stabilisce un nuovo punto di riferimento nel campo dei materiali ultraneri, soprattutto per quanto riguarda la combinazione di assorbimento elevato, flessibilità e stabilità angolare. La possibilità di ottenere tali prestazioni in un supporto tessile amplia significativamente il campo delle applicazioni rispetto ai rivestimenti rigidi tradizionali.

Dalla strumentazione scientifica al design sperimentale, passando per l’energia e l’ottica avanzata, questo sviluppo dimostra come l’incontro tra biologia, chimica e ingegneria dei materiali possa generare soluzioni concrete, misurabili e riproducibili, destinate a rimanere rilevanti nel tempo.