章鱼仿生“光子皮肤”问世：数秒内同步变色与变形
章鱼游过珊瑚礁时，皮肤可在瞬间由米色转为灰褐，质感亦从光滑变为粗糙，完美融入岩石纹理与色彩。这种天然伪装能力长期令科学家着迷，却难以人工复现。
图｜藏在珊瑚中的拟态章鱼（来源：scholastic）
纳米级柔性光子皮肤登上《Nature》
2026年1月8日，斯坦福大学材料科学与工程系教授Mark L. Brongersma领衔、博士生Siddharth Doshi为第一作者的研究成果发表于《Nature》，题为《具有动态纹理与色彩控制的柔性光子皮肤》。团队受头足类动物启发，开发出一种柔性聚合物薄膜，可在数秒内同步调控表面纹理与颜色，分辨率达纳米级。
图｜团队论文封面（来源：《Nature》）
意外发现催生可控技术
该材料的核心是吸水膨胀型导电聚合物PEDOT:PSS（聚（3,4－乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸盐）。研究初期，Doshi使用扫描电子显微镜（SEM）观测其纳米结构时发现：高剂量电子束照射区域发生交联反应，结构紧致、吸水膨胀受抑；未照射或低剂量区则自由隆起。这一反向控制机制，使团队得以通过电子束光刻（EBL）在薄膜上“雕刻”高精度起伏图案。
图｜PEDOT:PSS结构（来源：encyclopedia）
精准调控：水/IPA混合溶剂实现连续形变
为实现微米级连续起伏，团队引入异丙醇（IPA）作为膨胀调节剂。通过调控水与IPA比例，可像旋钮调光般精确控制各区域膨胀幅度。实验证明，该技术甚至能完整复刻美国约塞米蒂国家公园“酋长岩”的复杂地貌。
图｜b：酋长岩实景；c/d：PEDOT:PSS薄膜上编码的酋长岩微缩模型（来源：《Nature》）
光学设计：法布里－珀罗谐振腔实现变色
团队在聚合物薄膜两侧沉积20nm金膜，构建“法布里－珀罗谐振腔”。当聚合物吸水增厚，两金层间距增大，反射光波长随之改变——仅靠调控溶剂即可让单色薄膜瞬时呈现丰富色彩，无需更换材料。
双层解耦：纹理与色彩独立可控
为突破“变色必伴变形”的限制，团队设计双层器件：纹理层与光学层分置于透明基底两侧，并接入独立液体通道。由此可单独启动纹理、切换颜色，或协同调控——真正模拟章鱼的自适应伪装逻辑。
图｜a：双层器件结构及显微成像配置；b-e：不同响应状态（来源：《Nature》）
实验数据显示，该材料90%的颜色转换在10秒内完成，且经数百次循环后性能稳定。
多领域应用潜力显著
动态伪装与软体机器人
可用于军事自适应伪装系统，或赋予软体机器人环境融合能力：搜救机器人可模仿废墟碎石避免惊扰受困者；野生动物监测设备可无缝融入森林或海洋背景。
微纳界面调控
表面纹理变化可调控摩擦力，影响微型机器人在玻璃等光滑表面的附着与运动；在生物工程中，纳米级结构可引导细胞行为，在组织工程与再生医学中具备应用价值。
下一代显示技术
当前屏幕仅能调控颜色与亮度，难以呈现丝绸光泽、天鹅绒哑光等真实质感。该结构色材料可同步改变光学响应与物理触感，为可穿戴设备、柔性显示屏提供全新视觉与触觉体验。Doshi指出：“纹理深刻影响我们对物体的感知。如今我们已能在微米尺度动态控制材料形貌及其关联的视觉特性。”
图｜未来显示屏或可呈现树皮等复杂质感（来源：Nano Banana Pro）
艺术表达新媒介
斯坦福大学已联合艺术家开展合作，探索湿度响应雕塑、动态墙面等新型艺术载体。Melosh教授表示：“这将催生大量令人兴奋的创作可能。”
挑战与展望
当前技术需依赖电子束光刻制备图案，且采用微流控驱动，制造复杂度较高。但Brongersma强调，相关工艺在半导体与显示行业已高度成熟；电子墨水屏（如Kindle）即基于类似液体控制原理，商业化路径清晰。
现阶段每件装置仅支持单一预设图案，尚无法实时响应环境生成任意图像。团队正探索多层图案堆叠、电控液体系统等方案，以实现多图案切换、电子编程及大规模生产。
当软体机器人披上变色外衣，当建筑外墙随季节自动调节色彩与质感——这些曾属科幻的场景，正因向自然学习的智慧而加速落地。这不仅是材料科学的跃进，更是人与自然协同演化的生动注脚。
