蓝环章鱼激发研究自我修复伪装和信号技术的灵感

大蓝环章鱼（Hapalochlaena lunulata）利用瞬间的肌肉收缩来改变其五彩斑斓的皮肤图案的大小和颜色，以伪装自己，躲避潜在的捕食者，并向其他动物发出警告信号。这种收缩会拉伸或压缩皮肤中的小气球状色素囊--嗜铬细胞。

受到头足类动物欺骗和发出信号能力的启发，加州大学欧文分校（UCI）的研究人员创建了一个模仿它的技术平台。

该研究的通讯作者阿隆-戈罗德茨基（Alon Gorodetsky）说："我们对蓝环章鱼在隐藏状态和暴露状态之间快速切换皮肤标记的机制非常着迷。在这个项目中，我们努力用我们在实验室合成的独特材料制成的装置来模仿章鱼的自然能力，其结果是一个章鱼启发的欺骗和信号系统，它可以直接制造，在连续操作的情况下可以长时间发挥作用，甚至在损坏时可以自我修复。"

该技术在结构上与蓝环章鱼的环非常相似：顶部透明的质子传导聚合物电极、壬烯类活性层（其中一个起皱的蓝色环围绕着一个更扁平的棕色圆圈）、底层丙烯酸膜和底部透明的质子传导聚合物电极。壬烯类设计分子有助于赋予该平台一些功能。

蓝环章鱼的自然变色机制（A 和 B）和研究人员模仿它的平台（C）。

"在这个设备上，我们构思并设计了一种具有独特结构的非烯类分子，"该研究的第一作者 Preeta Pratakshya 说。"烯是一种有机碳氢化合物分子，具有一系列优势特性，包括易于合成、可调电子特性和可控光学特性。我们的非烯类分子是烯类中的佼佼者，因为它们可以在空气中储存数年，并在空气中连续照射一天以上的强光下存活。在如此苛刻的条件下，没有任何其他膨体烯能显示出如此综合的长期稳定性。"

除了耐受性强之外，这些分子还赋予了该技术其他重要的蓝环启发特性，包括可调节的光谱特性、使用最少的设备在台式机上直接制造，以及在光照下的环境-大气稳定性。

该系统可持续可靠地改变其可见光外观约 500 次，在环境条件下功能退化极小甚至没有。它展示了其在电磁波谱紫外-可见光-近红外（UV-Vis-NIR）区域的能力，包括调节可见光颜色亮度、改变近红外对比度和调整多光谱荧光强度的能力。研究人员说，这种能力将使这种技术能够伪装其他物体而不被发现，或隐蔽地向观察者发出信号。令人意想不到的是，研究人员发现，该技术还能在没有用户干预的情况下自主进行自我修复。

戈罗德茨基说："我们的类壬烯分子--大概还有它的变体--的光物理稳健性和一般可加工性，为未来在传统光电系统（如发光二极管和太阳能电池）中研究这些化合物提供了机会。"

研究人员说，他们易于制造的技术可以应用于军事、医学、机器人和可持续能源领域。它的可扩展性意味着它可以用于覆盖车辆、广告牌甚至建筑物等大面积区域。

这项研究发表在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上，下面这段视频由戈罗捷斯基小组制作，比较了蓝环章鱼和生物启发技术的变色能力。

三模式功能生物启发装置（附音频）