众所周知，人类的眼睛是极为精密的成像系统。眼睛的虹膜（就是黑色瞳孔周围部分）能够根据光线强弱自动地调节瞳孔的大小，如果光线太强，虹膜会使瞳孔收缩，而光线昏暗时，虹膜则使瞳孔相应地扩大，从而大体上维持较为稳定的透光量。

自然界的许多动物，比如家猫与家犬，也具有相似的构造。早在一千多年以前，宋朝沈括的《梦溪笔谈》中，就曾栩栩如生地描绘了猫眼的变化：“猫眼早暮则睛圆，日渐中狭长，正午则如一线耳”。

图丨 虹膜结构在生物及摄影领域的应用 ：人眼、猫眼和单反相机镜头

相较于自然界中类似虹膜这样，能够对光线做出自发响应的精巧构造，目前人们打造的人造虹膜结构就显得有些相形见绌了。比如说，单反相机依赖于包括电动马达等在内的一系列外部驱动机构来调节光圈尺寸。

除此之外，为了给这些驱动器提供输入信号，工程师们还不得不再加上一系列测量光强的外部电路。复杂的机械结构再加上额外的测光电路，是单反相机价格居高不下，机身沉重的因素之一。

那么，我们能否设计一款无需额外机械驱动和测光电路的额外仿生虹膜装置，能够根据光线的强弱，自动地调节透光量呢？

图丨 使用液晶弹性体所制造的仿生虹膜

在芬兰坦佩雷理工大学研究人员的努力下，这一难题终于迎刃而解。该研究团队利用一种液晶弹性体，研发出了世界上第一款“货真价实”的仿生虹膜装置：在没有任何外部能源介入的前提下，这一装置能够仅仅依赖于入射光的强弱主动地调节进光量。

更让人拍案叫绝之处在于，这一装置能够完全地模仿人类的眼睛，在光线强烈时完全闭合，j2直播，而在没有光照射时，则又完全开放。这项十足有趣又激动人心的研究于近日发表在《先进材料》（Advanced Materials）杂志上。

图丨仿生虹膜的十二个瓣膜

这个仿生虹膜的重点在于材料的创新——由一种倾斜排列的液晶弹性体（liquid crystal elastomer）组成，并且能根据温度变化改变形状。

新型仿生虹膜直径约为 14 毫米，并从中心开始，沿着半径方向将整个圆形基底均匀地分成了 12 份，就像是将一个蛋糕切成了十二小份。

由于液晶属于各向异性材料，即其在各个方向上的可能展现出并不均匀的性质。比如说，不同的热膨胀系数，因温度的改变可能会引起液晶薄片形状的变化。

当没有入射光照射时，液晶温度较低，所以保持着卷曲的形状。但在入射光照射之后，由于染料自身的化学反应，使温度升高，液晶恢复到平面的形状，从而巧妙地实现了由光线主动控制液晶薄片形状。

下图便绘制了薄膜开启与关闭的示意图与实验图。在有强光照射的情况下，液晶薄膜完全闭合，而在没有光线照射时，液晶薄膜则又完全打开。

图丨液晶薄片打开与闭合状态的示意图与实物图

这是世界上首例能根据入射光强度的变化，自发地调整光圈尺寸和透光量的人造仿生虹膜装置。研究负责人普里玛及教授（Priimägi）说，“这种材料在有光照的条件下，能够自发地改变形状。这种新颖自调节能力让我们激动不已”。

图丨 人造虹膜

众所周知，现有用于治疗眼科疾病的人造虹膜没法改变瞳孔的大小——从本质上来说，这类虹膜和隐形眼镜比较类似。患者的瞳孔在适应了白天强烈的光照之后，由于人造虹膜无法根据光亮自动调节瞳孔大小，因而到了晚上或者较为昏暗的环境中，就几乎什么都看不见了。