偽裝在自然界中常見(jiàn)，比如章魚(yú)、魷魚(yú)等頭足類(lèi)動(dòng)物和變色龍之類(lèi)的爬行動(dòng)物，它們通過(guò)皮膚下肌肉驅(qū)動(dòng)的色素細(xì)胞和虹色細(xì)胞實(shí)現(xiàn)變色，從而使其外觀與周?chē)h(huán)境相匹配、躲避追捕。

受變色動(dòng)物的啟發(fā)，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院印杰-姜學(xué)松教授課題組開(kāi)發(fā)了一種光驅(qū)動(dòng)的適應(yīng)性視覺(jué)偽裝系統(tǒng)，利用褶皺實(shí)現(xiàn)偽裝、暴露兩種狀態(tài)之間的切換。

論文第一作者、上海交通大學(xué)博士生馬天驕對(duì)澎湃新聞（www.dbgt.com.cn）記者表示，他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在不同波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)的綠葉和枯葉背景下的偽裝、紅外光驅(qū)動(dòng)的無(wú)序圖案背景下的偽裝、日光下黑色背景下的偽裝，以及透明材料在任意背景下的偽裝。

“具體應(yīng)用到生活中可能還有很長(zhǎng)的路要走?？赡軙?huì)應(yīng)用到軍事偽裝（避免軍事目標(biāo)被敵人發(fā)現(xiàn)而減少損傷）、生態(tài)監(jiān)測(cè)（使設(shè)備融入環(huán)境，而不驚擾生物生存）等方面?！瘪R天驕表示。

相關(guān)研究11月30日發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上，論文標(biāo)題為“Light-driven dynamic surface wrinkles for adaptive visible camouflage”（用于自適應(yīng)可見(jiàn)偽裝的光驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)表面褶皺）。

如今，配置簡(jiǎn)單、用戶友好、穩(wěn)定、低成本和節(jié)能的偽裝方法的需求日益增加。目前，科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了可見(jiàn)光和紅外偽裝等偽裝技術(shù)，能夠隱藏光、電磁、聲音或熱信號(hào)。

不過(guò)，大多數(shù)現(xiàn)有偽裝材料以主動(dòng)形式工作，需要額外的機(jī)械刺激、電刺激甚至外部傳感器。這就會(huì)增加設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，可能讓偽裝系統(tǒng)的外觀看起來(lái)笨拙，而且高壓電源會(huì)增加能耗。因此，開(kāi)發(fā)具有色彩多樣性、原位動(dòng)態(tài)特性和高能效的偽裝策略具有必要性。

此項(xiàng)研究中，研究者展示了使用光驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)表面褶皺的自適應(yīng)可見(jiàn)偽裝的可行策略。

“褶皺圖案在生活中很常見(jiàn)，比如干癟的蘋(píng)果皮，人臉上的皺紋，泡脹的手指表面等，而我們研究的是尺度在微納米級(jí)別的表面褶皺圖案?！瘪R天驕介紹道。

這種廣泛存在的微納米級(jí)的表面褶皺能夠控制光傳播，包括光的反射、吸收和散射，從而可以調(diào)整觀察者或檢測(cè)設(shè)備的所接收的光信號(hào)。

“關(guān)于褶皺圖案的研究，基于線性屈服理論，前人提出了雙層褶皺模型?！瘪R天驕解釋道，這是指一個(gè)軟而厚的基底加上硬而薄的表層，通過(guò)加熱-冷卻，溶脹-干燥，拉伸-釋放等過(guò)程，體系內(nèi)表層與底層存在應(yīng)力不匹配，體系為了使能量最低、最穩(wěn)定，便自發(fā)形成褶皺。

“變色龍等動(dòng)物表皮有色素細(xì)胞和虹色細(xì)胞兩種，所以它們的偽裝是由色素色與結(jié)構(gòu)色兩種共同導(dǎo)致的。受它們啟發(fā)，我們的雙層褶皺模型中，基底混合的染料提供本征色，而表面薄膜干涉提供結(jié)構(gòu)色，這與變色龍的表皮顏色原理比較類(lèi)似。因而我們猜想：是否也可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于章魚(yú)、變色龍之類(lèi)的偽裝效果?！瘪R天驕表示。

他們?cè)O(shè)計(jì)了一種雙層系統(tǒng)，其中基底由含有顏料的聚二甲基硅氧烷 (顏料-PDMS) 組成，可吸收和反射特定波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，顯示出類(lèi)似色素的特定顏色。而剛性表層則是一個(gè)含蒽共聚物(PAN)的薄膜。

該系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)視覺(jué)偽裝？在起皺狀態(tài)下，褶皺結(jié)構(gòu)引起強(qiáng)烈的光散射，觀察者能看到表層的干涉色和的基底顏色；而隨著光線照射，顏料-PDMS 的光熱效應(yīng)引起的熱膨脹消除了褶皺，即褶皺變平滑，觀察者只能看到基底顏色（該顏色被選擇為與背景一致）。

簡(jiǎn)而言之，若無(wú)光的照射，該表面呈現(xiàn)與背景不同的曝光狀態(tài)；若有光的照射，則切換至與周?chē)h(huán)境相似的偽裝狀態(tài)。

研究者表示，該系統(tǒng)無(wú)需任何外部傳感器和額外刺激，可在自然條件下實(shí)現(xiàn)完全自適應(yīng)偽裝。因此，該研究為具有色彩多樣性的自適應(yīng)可見(jiàn)偽裝提供了一種低成本、易于配置、易于操作且有效的策略。

這種光驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)表面皺紋可以是一個(gè)動(dòng)態(tài)平臺(tái)，可能在智能顯示、信息存儲(chǔ)和防偽等方面具有潛在應(yīng)用。

馬天驕表示，由于表面微觀圖案與宏觀圖案可在光刺激下改變，因此能實(shí)現(xiàn)智能顯示；由于褶皺具有類(lèi)似指紋的獨(dú)特細(xì)節(jié)，可應(yīng)用到防偽中，而光驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)褶皺的動(dòng)態(tài)特性，則能進(jìn)一步增強(qiáng)防偽的安全性，也可以用于信息存儲(chǔ)，增大存儲(chǔ)容量。

不過(guò)，他也認(rèn)為短期內(nèi)不太可能實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)槟壳斑€有很多問(wèn)題要解決。“由于我們利用的是光熱效應(yīng)帶來(lái)的圖案變化，該體系會(huì)升溫（雖然溫度不高），這尚未得到很好的解決；再如，雙層體系的機(jī)械性能不夠穩(wěn)定，關(guān)于這點(diǎn)我們已經(jīng)成功制備了許多單層褶皺，它們非常穩(wěn)定，但尚未應(yīng)用到偽裝領(lǐng)域。”

未來(lái)，他們也可能會(huì)探索如何實(shí)現(xiàn)多種偽裝狀態(tài)之間切換。

據(jù)馬天驕介紹，這項(xiàng)研究約用了3年時(shí)間。他們很早就設(shè)計(jì)了多種波長(zhǎng)響應(yīng)的褶皺圖案，后來(lái)約花兩年時(shí)間探索在不同背景、不同光驅(qū)動(dòng)的偽裝效果。

“我們最開(kāi)始只是設(shè)計(jì)了一種多種波長(zhǎng)響應(yīng)的褶皺圖案。后來(lái)，我們一直探索褶皺在光學(xué)上的應(yīng)用，因?yàn)樗鼘?duì)光的散射或衍射都有很奇妙的性能。偽裝是光學(xué)應(yīng)用的一種?！?/p>

“后來(lái)，受一篇《科學(xué)》（Science）論文啟發(fā)，其利用褶皺對(duì)紅外光的調(diào)控實(shí)現(xiàn)了紅外偽裝。我們想，褶皺對(duì)可見(jiàn)光也有很強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用，能不能實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光偽裝，這相比于紅外偽裝也有很重要的意義。因而，我們開(kāi)始探索褶皺圖案在可見(jiàn)光偽裝方面的應(yīng)用。”

馬天驕表示，他們一直在探索褶皺圖案的機(jī)制、動(dòng)態(tài)、應(yīng)用等，未來(lái)繼續(xù)如此。