斯坦福科学家开发可按需改变颜色、纹理与形状的纳米光子材料

斯坦福大学研究团队近日在一次意外发现的基础上，开发出一种全新的纳米光子聚合物“超表面”材料，能够在外界刺激下改变自身的颜色和表面纹理，并在需要时恢复原状，被认为有望用于仿生“人工皮肤”、可感知环境的机器人以及先进伪装等前沿应用。

研究人员采用一种此前用于太阳能电池板和可印刷电子产品的聚合物，通过半导体制造中常见的电子束光刻技术，将其制备成具有纳米结构的超表面。在用扫描电子显微镜观察这些纳米结构时，团队意外发现材料的一个关键特性：当与水接触时会发生膨胀，表面微结构随之改变，从而让材料呈现出不同的颜色和纹理；而在接触某些溶剂（如含酒精溶剂）后，材料又可以回到最初状态。

根据新发表的论文，这一超表面是首个能够在需求驱动下同时改变颜色与表面质感的聚合物材料，其行为与章鱼等头足类动物的皮肤高度相似。这些生物可以通过调节皮肤中的微结构来改变体表色彩和粗糙度，用于伪装、交流等复杂功能，而该新材料则在人工系统中展现出类似的“可调皮肤”能力。

斯坦福材料科学与工程专业博士生、论文第一作者Siddharth Doshi表示，团队意识到可以利用电子束在极细尺度上精确控制材料表面的形貌，从而调节其对液体的吸收特性以及对光的散射方式。在此基础上，研究人员设计了多种微观纹理，使材料在接触水分后，可以选择性地将光散射成高光泽或类磨砂效果，使得呈现出的视觉效果在真实感上有望超越当前智能手机和电脑显示屏。

尽管具备出色的光学和触觉外观调控能力，这种材料短期内并不会取代现有数字显示技术。研究团队目前更加关注的是机器人技术、可穿戴设备、生物工程和伪装系统等方向，例如为柔性机器人提供既能“感受”环境又能主动改变外观的外壳，或者为医疗和人机交互开发更拟真、更具反馈能力的“电子皮肤”。

下一步，研究人员还计划引入神经网络等人工智能方法，为这一聚合物“皮肤”配备自动调节机制。设想中的系统可以实时对比材料表面与周围环境的光学特征，并在无须人工干预的情况下自主调整颜色和纹理，实现真正意义上的智能伪装或自适应外观调控。