宾夕法尼亚州立大学的研究团队开发出一种4D打印技术，可制造能响应环境刺激而隐藏与显示嵌入图像的 programmable水凝胶薄膜，在自适应伪装和信息加密领域具有应用潜力。

这种合成材料的设计灵感来源于头足类动物动态变色的皮肤能力，其外观、纹理和机械性能在接触热量、溶剂或机械应力时会发生改变。水凝胶在医学研究中已被广泛开发用于模拟生物组织。

"头足类动物通过复杂的肌肉和神经系统实现对皮肤外观与纹理的动态控制，"领导该团队的宾州州立大学工业与制造工程助理教授孙洪涛表示。"受这些软体生物的启发，我们开发了一套4D打印系统，将这种特性融入合成软材料中。"

该技术采用半色调编码打印，将图像和纹理数据转换为直接嵌入水凝胶结构的二进制图案。材料不同区域的膨胀受这些图案控制，其光学外观和表面形态会根据特定条件发生收缩或软化变化。

"我们将指令打印到材料中，"孙教授解释道。"这些指令告诉材料当周围环境发生变化时该如何反应。"

研究人员将蒙娜丽莎图像编码到水凝胶薄膜中，以测试可逆信息隐藏功能。该研究论文第一作者、工业与制造工程博士候选人杨浩庆指出，用乙醇清洗薄膜会使其透明化且图像消失，而浸泡冰水或逐步加热后蒙娜丽莎图像会重新显现（参见上方视频）。

"这种行为可用于伪装技术，使表面融入环境；或用于信息加密，让信息隐藏并在特定条件下显现，"杨浩庆表示。

研究团队还证实，通过拉伸材料并运用数字图像相关分析变形，可以识别隐藏图案。水凝胶能从平面薄膜转变为受打印半色调图案完全控制的仿生三维形状，无需多层结构或多材料复合。

通过协同设计编码图案，研究人员还在单层材料中实现了多功能集成。这使得平面薄膜中的图像能在材料弯曲成三维形态时变得可见。