受章鱼启发的水凝胶在温度变化或溶剂作用下会显现隐藏图像

一项受章鱼皮肤启发的新研究展示了未来自适应伪装技术的雏形：宾夕法尼亚州立大学工程团队开发出一种新型水凝胶材料，能够在温度变化或接触不同溶剂时呈现或隐藏预先编码的图像，被形容为“像活的一样回应环境”的合成皮肤。 在最新发表于《自然·通讯》的论文中，研究人员指出，这种材料可以对微小环境刺激做出可逆视觉响应，有望应用于伪装、传感和智能包装等多个领域。

研究团队将这种水凝胶描述为一块可编程“画布”：不同于传统依赖颜料着色的做法，信息被直接嵌入材料的物理结构中，在3D打印过程中完成写入。 当水凝胶被加热或暴露在特定溶剂中时，原本看似空白的表面会逐渐显现出隐藏的内容——从字母到人像皆可实现。 在一项展示中，研究者成功将达·芬奇名画《蒙娜丽莎》编码进材料，使其在温度升高时从灰阶轮廓到细节逐步浮现。

这一技术依托所谓“半色调编码3D打印”工艺，其灵感来自早期报纸印刷：数字图像被转化为由“1”和“0”构成的二值像素网格。 微观图案决定水凝胶各区域在制造过程中如何响应光照，紫外光曝光则将这些模式“写入”柔软的高分子网络，改变局部交联密度，却不依赖任何墨水或染料。 在室温下，这些结构差异几乎不可见；一旦热或化学环境发生改变，光学对比度随之变化，隐藏图像便清晰显现。

由于材料在外界刺激下会随时间演变，这一过程被归类为“4D打印”——即能够随环境变化而主动调整形态或性质的三维物体。 论文共同作者、宾州州立大学的孙洪涛（Hongtao Sun）表示，这项方法实质上是在材料本体中“打印指令”，赋予其在环境改变时如何响应的物理行为准则。 在实验中，研究团队首先将学校缩写“PSU”编码进水凝胶薄片，在特定温度变化后，字样才会从空白表面中显现，验证了材料的“记忆性”和可逆响应能力。

这一“机械智能”直接借鉴了头足类动物的天然伪装机制。 章鱼、乌贼和墨鱼依靠密布皮肤的色素囊（chromatophores）以及肌肉控制的微结构网络，实现颜色、对比度和纹理的快速切换，从而与周围岩石或珊瑚环境融为一体。 工程界早已对这种高效复杂的伪装能力着迷，却始终难以在人工材料上完整复制。 宾州州立大学的这一成果被认为向这一目标迈近了一步，将数字精度和仿生可变性融合在同一种材料之中。

其他科研团队也在不同方向上探索类似概念：早在2021年，罗格斯大学研究者就曾利用3D打印制造出可在光照下弯曲的“人工肌肉”，而斯坦福工程师也开发出一种在电子束作用下可膨胀并改变颜色的柔性合成材料。 机器人领域则出现过模仿触手运动的“Tentacle Bot”，依靠硅基结构实现类似生物手臂的抓取和流畅动作。 相比之下，这种水凝胶的突出之处在于：它不依赖电路或外置控制系统，而是将信息直接编码进材料内部，使其本身成为随时间变化的“数据载体”。

潜在应用远不止仿生伪装。 研究者认为，同样的原理可以用来制造能自动调节的医用传感器、可通过颜色或图案提示食品变质的智能包装，甚至是具备环境感知能力、可根据场景改变外观的软体机器人“皮肤”。 通过模仿自然界最复杂的响应性设计之一，这项工作打开了一条通往新型功能材料的道路：这些材料不仅能适应环境，还能通过自身形态与外界“对话”。