变色龙是一种以皮肤变色而闻名的蜥蜴，为新型电磁材料的开发提供了灵感来源。由此开发的先进材料有望使车辆和飞机在雷达面前“隐形”。
据麦姆斯咨询报道，美国加州大学伯克利分校（UC Berkeley）的研究人员开发出了一种可调谐超构材料电磁波吸收器，它可以模仿变色龙的变色机制，按需在吸收、透射或反射电磁波之间切换。这项研究成果已经以“A tunable metamaterial microwave absorber inspired by chameleon’s color-changing mechanism”为题发表于Science Advances期刊。
该研究的主要研究者、机械工程系助理教授Grace Gu说：“这项研究的重要发现之一，是在单一结构中实现了宽带吸收和高透过率的能力，提供了在动态环境中的适应性。这种灵活性具有广泛的应用前景，例如，从隐形技术到先进的通信系统和能量收集等。”
Gu表示，制造能够有效吸收雷达或微波等电磁波的材料，是一项长期的技术挑战。现有材料通常采用‘一刀切’的设计，它们在制成后的响应是固定的，这就限制了它们在动态环境中的应用，而对于这些应用，广泛的适应能力至关重要。
研究人员从变色龙身上获得灵感，构建了一种能够动态改变与电磁波相互作用方式的材料。变色龙通过调整皮肤中光子晶体之间的间距来调节光的反射，从而改变皮肤的颜色。
Gu和她的团队将类似的调谐机制应用到了超构材料的设计中。他们设计出了一种纵横交错的桁架结构，可以通过机械变换来控制其电磁特性。通过桁架结构的折叠或展开（由相互连接的桁架系统实现的同步运动），这种超构材料可以改变其从宽带吸收到透射模式的电磁响应。
变色龙的变色机制（上图），以及利用这种生物启发的可调谐超构材料微波吸收器（下图）
研究人员利用机器学习和遗传算法优化了该结构的设计，以实现特定的、有针对性的电磁响应，并实现了一定程度的可编程能力。然后，他们利用3D打印技术制造了这种结构，并测试了它在吸收和透射微波之间切换的能力。
该研究的第一作者、博士后研究员Daniel Lim说：“在折叠状态下，这种结构可以吸收90%以上4-18 GHz范围内的微波，从而使雷达无法发现它，有效地实现了‘隐形’。当展开时，它可以实现高达24.2%的信号透射，从而在需要时实现通信。”
通过超构材料的结构变化调谐电磁波
据Lim介绍，这种由生物启发的电磁材料有望用于国防、无线通信、能源和智能基础设施等广泛领域。
“在国防应用中，这种可调谐超构材料可用于制造在需要时对雷达隐形的车辆或飞机。”Lim说，“与此同时，它还能在需要时通过通信信号，从而在一个系统中同时提供隐形和连接功能。”
这种材料还可以用于制造智能窗户，在阻挡和透射信号之间切换，从而改善隐私和通信安全。此外，Gu还设想用这种材料来提高电磁能量收集系统的效率，从而为传感器和电池供电。
Gu说：“该设计的可调谐性使其能够适应不断变化的需求，为电磁波管理提供一种多功能解决方案。”
阵列结构的机械驱动和电磁响应切换
论文信息：
DOI: 10.1126/sciadv.ads3499
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