偽裝在自然界中常見，比如章魚、魷魚等頭足類動物和變色龍之類的爬行動物，它們通過皮膚下肌肉驅(qū)動的色素細(xì)胞和虹色細(xì)胞實現(xiàn)變色，從而使其外觀與周圍環(huán)境相匹配、躲避追捕。

受變色動物的啟發(fā)，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院印杰-姜學(xué)松教授課題組開發(fā)了一種光驅(qū)動的適應(yīng)性視覺偽裝系統(tǒng)，利用褶皺實現(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)博士生馬天驕對澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）記者表示，他們已經(jīng)實現(xiàn)了在不同波長驅(qū)動的綠葉和枯葉背景下的偽裝、紅外光驅(qū)動的無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的路要走?？赡軙?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（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《美國科學(xué)院院報》上，論文標(biāo)題為“Light-driven dynamic surface wrinkles for adaptive visible camouflage”（用于自適應(yīng)可見偽裝的光驅(qū)動動態(tài)表面褶皺）。

如今，配置簡單、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)開發(fā)了可見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。

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

此項研究中，研究者展示了使用光驅(qū)動動態(tài)表面褶皺的自適應(yīng)可見偽裝的可行策略。

“褶皺圖案在生活中很常見，比如干癟的蘋果皮，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)整觀察者或檢測設(shè)備的所接收的光信號。

“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。”馬天驕解釋道，這是指一個軟而厚的基底加上硬而薄的表層，通過加熱-冷卻，溶脹-干燥，拉伸-釋放等過程，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似。因而我們猜想：是否也可以實現(xiàn)類似于章魚、變色龍之類的偽裝效果?！瘪R天驕表示。

他們設(shè)計了一種雙層系統(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的可見光，顯示出類似色素的特定顏色。而剛性表層則是一個含蒽共聚物(PAN)的薄膜。

該系統(tǒng)如何實現(xiàn)視覺偽裝？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）。

簡而言之，若無光的照射，該表面呈現(xiàn)與背景不同的曝光狀態(tài)；若有光的照射，則切換至與周圍環(huán)境相似的偽裝狀態(tài)。

研究者表示，該系統(tǒng)無需任何外部傳感器和額外刺激，可在自然條件下實現(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)動的動態(tài)表面皺紋可以是一個動態(tài)平臺，可能在智能顯示、信息存儲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，因此能實現(xiàn)智能顯示；由于褶皺具有類似指紋的獨特細(xì)節(jié)，可應(yīng)用到防偽中，而光驅(qū)動的動態(tài)褶皺的動態(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，增大存儲容量。

不過，他也認(rèn)為短期內(nèi)不太可能實際應(yīng)用，因為目前還有很多問題要解決?！坝捎谖覀兝玫氖枪鉄嵝?yīng)帶來的圖案變化，該體系會升溫（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，他們也可能會探索如何實現(xiàn)多種偽裝狀態(tài)之間切換。

據(jù)馬天驕介紹，這項研究約用了3年時間。他們很早就設(shè)計了多種波長響應(yīng)的褶皺圖案，后來約花兩年時間探索在不同背景、不同光驅(qū)動的偽裝效果。

“我們最開始只是設(shè)計了一種多種波長響應(yīng)的褶皺圖案。后來，我們一直探索褶皺在光學(xué)上的應(yīng)用，因為它對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。”

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

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