MIT团队让物品速成“变色龙”，特殊染料光致变色，可重复编程

来源：DeepTech深科技

变色龙，作为爬行动物中尤为特殊的一种，其变色能力一直吸引着许多人进行长期的观察研究。而它们皮肤这种奇特的色彩变换能力，也给人类在一些应用领域带来了创新灵感。尽管目前，人们通过改变自身皮肤颜色从而伪装于环境中还不现实。但是，对于无生命的物体来说，现在已不是问题。麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）的一个科研团队创造出一种新型的可重复编程的“墨水”，它可以让物体利用光来改变自身的颜色。未来，“五彩斑斓的黑”或许也不再是一个玩笑。

MIT 的研究团队通过设计一种名为“PhotoChromeleon”（光致变色）的系统，让人们距离实现变色龙的能力更近了一步。该系统使用一种混合的光致变色染料作为“墨水”，它可以喷涂到任何物体的表面，并通过紫外线或可见光的照射来改变其颜色。更为关键的是，这个变色过程是完全可逆的，还可以无限地重复。研究人员表示，PhotoChromeleon 可以用于定制任何产品，不论是手机外壳、运动鞋等小型生活用品，还是汽车、飞机等大型设备的表面，只要客户对颜色和设计有更新的需求，这个系统就都能够满足。做到让你的物品“一天一变样”。而且，这些颜色在自然环境中不会褪色。

图 | PhotoChromeleon 系统——光致变色（来源：MIT CSAIL）

光致变色染料产生炫酷效果

语言与文字难以表达出 PhotoChromeleon 系统通过可重复编程的“墨水”实现的炫酷效果，所以请大家耐心地看完下面的视频介绍。

视频 | 物品变色效果，以及实现其功能的实验过程（来源：YouTube，MIT CSAIL）在视频中，研究团队在一只鞋、一个手机壳、一个汽车模型和一个小变色龙玩具上展示了该系统。根据物体的形状和方向的不同，在表面“绘图”的时间在 15 分钟~ 40 分钟之间不等。所有图案都有很高的分辨率，还可以在需要的时候完全擦除，不留痕迹；或者随意换成其他图案。该团队通过将青色、品红和黄色（CMY）的光致变色染料混合到一种可喷雾的溶液中，创造了这种墨水。CMY 代表相减混色模式，因为其会减少视觉系统识别颜色所需要的反射光。具体来说，研究人员使用了三种不同波长的光，来分别消除每一种原色。例如，如果使用蓝光，它大部分会被黄色染料吸收并失去活性，而品红和青色会保留下来，从而产生蓝色；如果使用绿光，品红色染料会吸收并灭活它，最后黄色和青色都会保留下来，并产生绿色。在物体表面涂抹上该溶液之后，用户只需要把物体放到一个装有投影仪和紫外线（UV light）的盒子中就可以静候图案成型了。紫外线会让颜色从透明变为完全饱和，投影仪则会根据需要降低颜色的饱和度。一旦光线激活了颜色，新图案就会出现。如果你对设计的图案不满意，所要做的也十分简单——就是用紫外线来擦除它，然后就可以重新开始设计了。图 | 通过 PhotoChromeleon 设计的不同图案的鞋子（来源：MIT CSAIL）

积累演进而成的创新

PhotoChromeleon 系统是建立在该研究团队此前的 ColorMod 技术的基础上演进而来，这个技术可以让 3D 打印的部件能够在打印成型后改变颜色。他们在当时就专注于对紫外线敏感染料的使用研究上。但是，由于 ColorMod 项目存在一些限制，比如配色方案有局限性并且图案的分辨率较低等问题，研究团队下决心对紫外线敏感墨水进一步深入探索。使用 ColorMod 技术需要打印对象上的每一个像素，因此产生的每个小正方形的分辨率都有点颗粒状。同时，物体的颜色也受到限制，每个像素只能有两种状态：透明或染料身上颜色。就是说，蓝色染料在激活时只能从蓝色变为透明，而黄色染料只能显示黄色。

但是，这一次研究团队设计的 PhotoChromeleon 的可重复编程墨水，你可以用它创造任何图案，从各种动物到广阔的景观，再到五彩缤纷的火焰等等，有更为丰富的色彩可供选择。这正是因为他们掌握了每种染料与不同波长光之间的相互作用，从而能够通过激活和停用相应的光源来控制每种颜色通道。

研究人员还开发了一个用户界面来自动处理设计和相应模式，这些设计与模式可以根据不同的需求处理项目。用户可以通过加载他们自己的蓝图，让程序自动生成将要在物体上“绘画”的映射。“这种特殊的染料可以提供丰富的定制选项，从而提高生产效率，减少总体浪费。” CSAIL 的博士后 Yuhua Jin 说，他是该项目最近一篇论文的第一作者。“用户可以在日常生活中个性化自己的物品和外观，而不需要多次购买不同颜色和风格的同一件物品。”当然，这项研究仍有部分问题需要解决。目前的光致变色染料虽然色域已经很广，但也并不能表现出所有的颜色。例如，品红和青色就没有很好地匹配项。

所以，研究团队还需要估算出最接近的颜色来弥补空缺。他们表示，未来计划通过与材料科学家合作来扩大这方面的研究，以便创造出更好的染料。“通过赋予用户个性化物品的自主权，可以保留无数资源，创造性地改变你最喜爱物品的机会是无限的。”麻省理工学院教授 Stefanie Mueller 如此表示。

参考：https://news.mit.edu/2019/changing-colors-photochromeleon-mit-csail-0910