自然界的生物存在丰富的机构色，这是由于生物体中周期排列的纳米结构产生。而通过控制纳米结构和光线的相互作用即可产生丰富的变色行为，并用于光子通讯和显示等技术中。现有的结构色变色技术，多集中在对纳米结构的形状参数进行调控，其产生的颜色变化范围较窄，调控速度较慢，且驱动装置复杂难以集成在精密光学组件中。

受到丽头蜂鸟（Anna's Humming Bird）转头形成变色的行为启发，课题组甄别了一种通过调整入射光线角度实现变色的机理。并将具有此机理的二维光栅表面与挠曲型人工肌肉（Flexural Artifical Muscle）结合，设计了一种具有显著结构变色功能的主动人工肌肉，建立了光力电多物理参数耦合的模型，验证了通过肌肉的电致弯曲变形改变光线入射角度进而实现变色的原理。

为了制备这种人工肌肉，课题组探索了一种分层实体法（Laminate Object Manufacture）的增材制造工艺，获得了光-力-电多材料一体化的制备方法，实现了不同材料界面的稳定集成。实验测试与理论模型吻合，发现该人工肌肉在10000次循环载荷下，颜色衰减只有6.22%，具有良好的抗疲劳特性。

变色性能表征证明了该人工肌肉的颜色响应覆盖了所有可见光区域（701 nm~400 nm），且响应速度<50毫秒，在变色速度和变色范围指标上具有领先水平。基于该特性开发了一种阵列化的柔性的光子显示面板，通过对驱动电压位置进行编程，实现了0-9数字和XJTU字母的显示输出。

上述研究近期发表于Soft Matter杂志，到目前为止，本课题组已经开发了三代主动电致变色光子晶体，并用于传感测量、可编程显示、伪装机器人等领域。

论文题目：Bioinspired, electroactive colorable and additive manufactured photonic artificial muscle

在线链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/sm/d1sm01691a/