現(xiàn)在，賓夕法尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員正從這種主動(dòng)偽裝中獲得靈感。利用由液晶聚合物網(wǎng)絡(luò)制成的薄而靈活的膜，這些研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種人工色團(tuán)，可以根據(jù)指令瞬間改變顏色--從近紅外到可見(jiàn)光到紫外光。
這些膜位于排列成網(wǎng)格的微小空腔上，每個(gè)空腔都可以通過(guò)氣動(dòng)方式充氣到一個(gè)精確的壓力。當(dāng)一個(gè)空腔充氣時(shí)，膜被拉伸，收縮其厚度并改變其表面顏色。
最重要的是，這些膜不需要被拉伸很多來(lái)達(dá)到這種效果。使用相當(dāng)于輕輕觸摸的壓力，它們的顏色可以被改變?yōu)榭梢?jiàn)光譜內(nèi)的任何東西。使用類似機(jī)制的變色材料在歷史上需要變形75%才能從紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色，這使得它們無(wú)法在有固定尺寸的環(huán)境中使用，如顯示器或窗戶。
由于研究人員的人造發(fā)色體需要不到20%的變形就可以達(dá)到同樣的效果，它們可以像液晶顯示器中的像素一樣排列，而且，由于研究人員的系統(tǒng)中的分層液晶有自己的反射顏色，它們不需要背光，因此不需要持續(xù)的電源來(lái)維持其固有的鮮艷外觀。
雖然研究人員的原型顯示器每個(gè)只有幾十個(gè)像素，但一項(xiàng)展示其變色能力背后原理的研究概述了其在各種偽裝技術(shù)中的潛力，以及在建筑、機(jī)器人、傳感器和其他領(lǐng)域的應(yīng)用。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然-材料》雜志上，由材料科學(xué)與工程系約瑟夫-波多格納教授兼系主任楊舒和當(dāng)時(shí)在其實(shí)驗(yàn)室做博士后研究的Se-Um Kim領(lǐng)導(dǎo)。Yang實(shí)驗(yàn)室的成員Young-Joo Lee、Jiaqi Liu、Dae Seok Kim和Haihuan Wang也對(duì)這項(xiàng)研究做出了貢獻(xiàn)。
"我們實(shí)驗(yàn)室一直對(duì)結(jié)構(gòu)顏色感興趣，包括如何通過(guò)使用機(jī)械力來(lái)改變它，"Yang說(shuō)。"例如，我們之前證明了一種變色的聚合物可能對(duì)士兵和運(yùn)動(dòng)員的腦部創(chuàng)傷發(fā)出信號(hào)。在研究一些動(dòng)物如何進(jìn)化出結(jié)構(gòu)性顏色時(shí)，我們意識(shí)到它們有像顯示器中的像素一樣工作的彈性細(xì)胞，我們有可能采取類似的方法。"
結(jié)構(gòu)性色彩，即賦予蝴蝶翅膀和孔雀羽毛彩虹色的現(xiàn)象，通常比顏料或基于染料的顏色更亮，是在光線與表面的微觀特征相互作用時(shí)產(chǎn)生的。在研究人員的顯示器中，這些特征存在于一類被稱為"主鏈?zhǔn)中跃€型液晶彈性體"或MCLCEs的材料中。液晶是內(nèi)在的各向異性材料，這意味著它們的特性根據(jù)其方向性而變化。MCLCE的螺旋形狀允許大的彈性各向異性，因?yàn)槁菪拈g距可以輕易改變。
顯示器中的一個(gè)空腔被充氣時(shí)，其MCLCE膜被拉伸，就像壓縮彈簧一樣，這減少了膜內(nèi)液晶螺旋的間距，改變了反射到觀看者身上的光的波長(zhǎng)。通過(guò)繪制出使每個(gè)人工色團(tuán)達(dá)到所需顏色所需的確切壓力，研究人員能夠像顯示器中的像素一樣對(duì)它們進(jìn)行編程。即使沒(méi)有為每個(gè)像素單獨(dú)設(shè)置氣動(dòng)泵，這種水平的控制也是可能的。
"我想在一個(gè)簡(jiǎn)單的操作中同時(shí)產(chǎn)生紅色、綠色和藍(lán)色，"Kim說(shuō)，"所以我把不同寬度的腔體連接到同一個(gè)空氣通道上。這意味著，盡管經(jīng)歷了相同的壓力，但每個(gè)像素的變形程度和顏色都不同，從而降低了整個(gè)裝置的復(fù)雜性"。
只使用兩個(gè)空氣通道，研究人員的原型可以產(chǎn)生7乘5的棋盤(pán)圖案，與周?chē)砻娴年幱昂图y理相匹配。有了七條通道，他們就能以液晶時(shí)鐘中的七段式彩色顯示器的方式呈現(xiàn)數(shù)字。
研究人員認(rèn)為，MCLCEs獨(dú)特的機(jī)械變色性能將激勵(lì)人們創(chuàng)造新的仿生物光子設(shè)備和傳感器，盡管這種材料的機(jī)制相對(duì)簡(jiǎn)單，但卻具有高度敏感性和復(fù)雜性。他們還計(jì)劃進(jìn)一步展示3D顯示器，以及通過(guò)改變顏色對(duì)環(huán)境溫度做出反應(yīng)的"智能"窗戶。
