像章魚一樣“變裝”的仿生材料 | 創新匯

來源：【人民日報中央廚房-一秒世界工作室】

　　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，團隊開發出一種新型聚合物材料，首次實現在單一器件上對表面視覺紋理和結構色彩的獨立、動態調控。這項技術有望為動態偽裝、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這一精妙的自然機制。一次偶然的發現讓他們找到了突破口。“我們發現，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域，溶脹行為（指材料接觸溶劑時因溶劑分子滲透而發生的膨脹現象）與未照射區域截然不同。受到電子束照射的區域，其結構變得緊致，遇水后的膨脹能力被大大抑制；而未照射的區域則能自由吸水大幅隆起。”多希說。

　　這一發現激發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“調音器”，可精確控制薄膜不同區域的溶脹程度，改變器件對特定顏色光的反射率，從而呈現不同的結構色。

　　更關鍵的創新在于對紋理與顏色的獨立調控。“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、獨立的調控。”多希介紹，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，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秒內完成，并能承受超過250次循環使用而性能不減。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，它可用來創造能改變物體表面質感的“實體像素”，或開發新型防偽標簽，只需滴加特定液體，標簽背后隱藏的信息便會悄然浮現。“我們本質上是在調控光的顏色、反射和散射等基本屬性。”多希表示，該技術還可用于控制建筑物表皮對陽光的吸收與反射，實現智能節能，也可創作出能隨環境或情緒變化的動態面料或藝術品。

　　不過，從實驗室走向現實，這項技術仍面臨不少挑戰。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境適應性。“我們已發現電化學手段也能驅動類似薄膜發生溶脹。”多希表示，“未來若能實現全電子化控制，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，以期推動規模化應用。

　　北京大學工學院教授喻俊志表示，這項技術的核心創新在于：一是通過電子束預先“編程”材料內部的溶脹差異，讓圖案在溶劑環境變化中可控顯示與隱藏；二是采用雙層結構設計，實現了“形變”與“變色”的獨立調控。喻俊志認為，“這種受頭足類動物啟發的表面動態調控新方法，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。”

《人民日報》2026年3月2日第13版

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