在深邃的海底世界，章魚是當之無愧的“偽裝大師”。當它游過珊瑚礁時，皮膚幾乎在瞬間就能從米色變得灰褐，質(zhì)感也從光滑變得粗糙，與周圍巖石的紋理和色彩“完美融合”。人工材料能否像章魚一樣，擁有魔術般的“變裝”能力？近日，《自然》雜志發(fā)表了美國斯坦福大學研究團隊的一項新成果，受章魚、烏賊等頭足類動物啟發(fā)，團隊開發(fā)出一種新型聚合物材料，首次實現(xiàn)在單一器件上對表面視覺紋理和結構色彩的獨立、動態(tài)調(diào)控。這項技術有望為動態(tài)偽裝、自適應顯示、智能建筑以及互動藝術等領域，提供全新的解決方案。

“頭足類動物能夠通過調(diào)控皮膚的乳突（皮膚上可伸縮的微小突起）和色素細胞改變自身紋理和顏色，這是它們實現(xiàn)驚人偽裝能力的關鍵。”該論文的共同通訊作者、斯坦福大學博士生西達爾特·多希在接受本報記者采訪時表示，研究團隊一直希望能在工程材料上復現(xiàn)這一精妙的自然機制。一次偶然的發(fā)現(xiàn)讓他們找到了突破口。“我們發(fā)現(xiàn)，一塊曾在掃描電子顯微鏡下觀察過的PEDOT:PSS（一種導電聚合物）樣品，其被電子束照射的區(qū)域，溶脹行為（指材料接觸溶劑時因溶劑分子滲透而發(fā)生的膨脹現(xiàn)象）與未照射區(qū)域截然不同。受到電子束照射的區(qū)域，其結構變得緊致，遇水后的膨脹能力被大大抑制；而未照射的區(qū)域則能自由吸水大幅隆起?！倍嘞Ｕf。

這一發(fā)現(xiàn)激發(fā)了研究團隊的探索熱情。在對材料的紋理控制上，他們利用高精度的電子束光刻工具，在聚合物薄膜上“微雕”出各種圖案。當薄膜被浸入不同液體中時，會發(fā)生可逆的局部膨脹或收縮，從而隱藏或顯示預設的紋理圖案。在顏色控制上，則采用了一種精巧的光學結構，將薄膜夾在兩個極薄的金屬層之間，使之構成一個“法布里—珀羅諧振腔”（一種光學諧振裝置）。這一結構如同給材料裝上了精密的“調(diào)音器”，可精確控制薄膜不同區(qū)域的溶脹程度，改變器件對特定顏色光的反射率，從而呈現(xiàn)不同的結構色。

更關鍵的創(chuàng)新在于對紋理與顏色的獨立調(diào)控。“我們將‘紋理層’和‘色彩層’分別制備在超薄玻璃基板的兩面，通過向基板兩側獨立導入不同溶劑，便能對紋理和顏色進行實時、獨立的調(diào)控?！倍嘞＝榻B，這種設計就像為物體表面裝上了兩套可以獨立開關的系統(tǒng)，一套控制“浮雕”，一套控制“燈光”。

這種仿生材料的適用性究竟如何？實驗表明，其響應速度令人驚喜——完整的紋理和顏色切換可在短短20秒內(nèi)完成，并能承受超過250次循環(huán)使用而性能不減。這種適應性和耐久性可以促其運用于多種場景。比如，在動態(tài)偽裝方面，這種材料不僅能精準匹配背景顏色，還能生動復刻背景的紋理質(zhì)感，從而達到更深層次的視覺融合。在顯示與交互領域，它可用來創(chuàng)造能改變物體表面質(zhì)感的“實體像素”，或開發(fā)新型防偽標簽，只需滴加特定液體，標簽背后隱藏的信息便會悄然浮現(xiàn)。“我們本質(zhì)上是在調(diào)控光的顏色、反射和散射等基本屬性?！倍嘞１硎?，該技術還可用于控制建筑物表皮對陽光的吸收與反射，實現(xiàn)智能節(jié)能，也可創(chuàng)作出能隨環(huán)境或情緒變化的動態(tài)面料或藝術品。

不過，從實驗室走向現(xiàn)實，這項技術仍面臨不少挑戰(zhàn)。目前其驅動方式依賴液體浸泡，在一定程度上限制了便攜性與環(huán)境適應性。“我們已發(fā)現(xiàn)電化學手段也能驅動類似薄膜發(fā)生溶脹?！倍嘞１硎?，“未來若能實現(xiàn)全電子化控制，將極大拓展應用場景。”此外，目前制備工藝所需的電子束光刻技術成本高昂。研究團隊正在探索更經(jīng)濟的制備方法，如紫外光刻或大面積熱加工技術，以期推動規(guī)?；瘧谩?/p>

北京大學工學院教授喻俊志表示，這項技術的核心創(chuàng)新在于：一是通過電子束預先“編程”材料內(nèi)部的溶脹差異，讓圖案在溶劑環(huán)境變化中可控顯示與隱藏；二是采用雙層結構設計，實現(xiàn)了“形變”與“變色”的獨立調(diào)控。喻俊志認為，“這種受頭足類動物啟發(fā)的表面動態(tài)調(diào)控新方法，不僅為智能材料設計提供了新思路，還為仿生機器人的外觀自適應與偽裝技術開辟了新途徑?！?/p>

原標題：像章魚一樣“變裝”的仿生材料（創(chuàng)新匯）