用烏賊偽裝原理制作的布料

文/席東杰

頭足類動物——諸如章魚、魷魚和墨魚都是擅長偽裝的專家。它們可在幾秒鐘內(nèi)與周圍環(huán)境融為一體，且很少有科學(xué)家重現(xiàn)其偽裝能力。不過，最近美國東北大學(xué)生化專業(yè)副教授的研究使人們進(jìn)一步了解了這種偽裝材料的作用，并試圖廣泛應(yīng)用于紡織服裝領(lǐng)域。

頭足類動物體內(nèi)的色素細(xì)胞器官可在皮膚表面生出數(shù)百個多色斑點，正是這些斑點引起頭足類動物皮膚顏色快速變化。這位教授的團(tuán)隊在《先進(jìn)光學(xué)材料》期刊上發(fā)表的論文中提及他們設(shè)法提取這些色素細(xì)胞器官中的色素粒，以便更好理解其在動物顏色變化中的作用。研究人員發(fā)現(xiàn)這些顆粒具有卓越的光學(xué)性能，且用其制造出的薄膜和纖維可用于偽裝性紡織品、軟性顯示器和未來的變色設(shè)備上。

色素細(xì)胞按色調(diào)可分為紅色細(xì)胞、黃色細(xì)胞、棕色細(xì)胞和橙色細(xì)胞。這些細(xì)胞恰似人類皮膚上的色素斑點。但在頭足類動物體上，這些斑點會在幾分之一秒內(nèi)出現(xiàn)，消失，從而可不斷改變膚色。在色素細(xì)胞的下層是反射區(qū)，它充當(dāng)著反射鏡面的作用。反射層上的器官會一起反射掉可見光顏色。

通過從烏賊體內(nèi)提取單顆色素粒，他們發(fā)現(xiàn)這類色素粒可廣泛應(yīng)用于靜態(tài)材料中。一顆色素粒的尺寸僅為500納米，是人發(fā)直徑的1/150。該團(tuán)隊對色素粒進(jìn)行分層和重組，發(fā)現(xiàn)可產(chǎn)生廣闊的彩色面。

事實上，這些色素粒是一種強大的工具，可研發(fā)色彩豐富的超薄薄膜。該團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)這些色素顆粒可分散可見光和紅外光，可增強其亮度和光吸收力，并影響最終顏色的感知度。科學(xué)家設(shè)計出一個包含鏡面的系統(tǒng)后，他們將進(jìn)出顆粒的散射光屏蔽掉，該系統(tǒng)便呈現(xiàn)出烏賊體內(nèi)天生的器官布局，進(jìn)一步增強顏色的感知度。該系統(tǒng)可應(yīng)用到太陽能電池等功能性材料上，以增強對太陽光線的吸收能力。

從科學(xué)和技術(shù)工程的角度來看，理解散射光影響顏色感知的原理是非常重要的，該研究成果是生物光學(xué)領(lǐng)域令人興奮的新進(jìn)展。美國陸軍部士兵裝備研發(fā)工程中心合作人員認(rèn)為，這種對光學(xué)和物理學(xué)知識的巧妙運用使人們理解了生物系統(tǒng)的運作過程。

研究人員從烏賊的色素粒中提取纖維線軸，并繼續(xù)探索這種材料的用途。這種纖維看起來非常有意思，不難想象，作為織物來做衣服或其他藝術(shù)品的效果十分看好。或許最激動人心的應(yīng)用是靈活的可穿戴式電子產(chǎn)品和能夠自動變色的紡織品。美國陸軍裝備部認(rèn)為，這項研究可為士兵生產(chǎn)新型的隱形裝備。

10多年來，美國科學(xué)家和工程師一直試圖復(fù)制海洋動物變色的過程，并制作出能夠像頭足類動物一樣進(jìn)行顏色匹配、顏色變化和顏色偽裝的裝備，但其中許多裝置變色的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及頭足類動物。由于某種原因，頭足類動物已進(jìn)化到具有天然特性的色素粒，而如今人類正試圖逐漸揭示這個原因，但要真正找到與其一樣的變色速度和仿真效果還任重道遠(yuǎn)。