阿爾文-莫丁（Alvin Modin）在克里格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室與液晶裝置合影。圖片來源：Will Kirk/約翰霍普金斯大學(xué)。

由于一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)，未來的機(jī)器人和照相機(jī)可能是由液晶制成的，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)極大地拓展了已在計(jì)算機(jī)顯示器和數(shù)字手表中常見的化學(xué)物質(zhì)的潛力。這項(xiàng)研究成果是利用光照射操縱液晶分子特性的一種簡(jiǎn)單而廉價(jià)的方法，現(xiàn)已發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）雜志上。

美國(guó)約翰-霍普金斯大學(xué)物理學(xué)博士研究員阿爾文-莫丁（Alvin Modin）說："使用我們的方法，任何實(shí)驗(yàn)室只要有一臺(tái)顯微鏡和一組鏡頭，就能把液晶排列成他們想要的任何圖案。"工業(yè)實(shí)驗(yàn)室和制造商可能在一天之內(nèi)就能采用這種方法。"

液晶分子像液體一樣流動(dòng)，但它們像固體一樣有一個(gè)共同的取向，這個(gè)取向可以隨著刺激而改變。它們?cè)谝壕聊弧⑸镝t(yī)學(xué)成像儀器和其他需要精確控制光線和細(xì)微運(yùn)動(dòng)的設(shè)備中非常有用。但莫丁說，控制它們?cè)谌S空間中的排列需要昂貴而復(fù)雜的技術(shù)。

包括約翰霍普金斯大學(xué)物理學(xué)教授羅伯特-萊尼（Robert Leheny）和助理研究教授弗朗西斯卡-塞拉（Francesca Serra）在內(nèi)的研究小組發(fā)現(xiàn)，他們可以通過控制沉積在玻璃上的光敏材料的光照射來操縱液晶的三維取向。

他們通過顯微鏡向液晶照射偏振光和非偏振光。在偏振光中，光波沿特定方向擺動(dòng)，而不是像在非偏振光中那樣隨機(jī)地向各個(gè)方向擺動(dòng)。研究小組利用這種方法制造出了一個(gè)液晶微型透鏡，它能夠根據(jù)照射進(jìn)來的光的偏振情況進(jìn)行聚焦。

首先，研究小組發(fā)射偏振光，使液晶在表面上對(duì)齊。然后，他們用普通光從該平面向上調(diào)整液晶的方向。這樣，他們就能控制兩種普通液晶的方向，并創(chuàng)造出具有幾微米大小特征的圖案，而這幾微米只是人類頭發(fā)粗細(xì)的一小部分。

塞拉是南丹麥大學(xué)的副教授，他說，這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致可編程工具的誕生，這些工具可以根據(jù)刺激改變形狀，就像處理復(fù)雜物體和環(huán)境的軟橡膠機(jī)器人或根據(jù)光照條件自動(dòng)對(duì)焦的相機(jī)鏡頭所需的工具一樣。

塞拉說："如果我想制造一個(gè)任意的三維形狀，比如手臂或抓手，我就必須將液晶排列整齊，這樣當(dāng)它受到刺激時(shí)，這種材料就會(huì)自發(fā)地重組為這些形狀。"到目前為止，我們所缺少的信息就是如何控制液晶排列的三維軸線，但現(xiàn)在我們有辦法做到這一點(diǎn)了"。

科學(xué)家們正在努力為他們的發(fā)現(xiàn)申請(qǐng)專利，并計(jì)劃用不同類型的液晶分子和由這些分子制成的固化聚合物對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試。

塞拉說："以前無法嘗試某些類型的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槲覀儫o法正確控制液晶的三維排列。"但現(xiàn)在我們做到了，因此，利用這種方法，利用液晶的三維變化排列，找到一種巧妙的結(jié)構(gòu)，只是受限于人們的想象力。"