高通公司以蝴蝶为灵感的显示器能为您的绘画做些什么

想象一下，你生活在一个个人消费者选择的轨迹已经接近顶峰的世界里。信息、生计和住所甚至可以由个人选择和调整，并在社区内协调，即使不是最佳利益，至少也可以减少冲突。

你接触到的大多数物体都是“智能”的：为你调整功能，而不是反过来。在你的家里，椅子会重新设计以适应你的脊柱结构，房间分隔符符合你的空间需求，建筑立面符合你对阳光或阴凉、室内或室外、封闭或开放、皇后安妮或摩登的偏好。

也许你家的特色之一就是颜色，也许你对餐厅墙上的深紫红色不满意。在我们想象中的未来（不太遥远），你可以在灯光开关处改变它，从色轮中选择一种新的色调，或者从上传的图像中选择一种复杂的颜色。

当然，墙的表面必须与目前的石膏板和丙烯酸涂料的组合有很大的不同。这将是非常不同的，因为创造这种新的颜色将是非常不同的光反射的颜料一样。

新方法将使照射在墙面上的光线弯曲……实际上，按照你的意愿。就像彩虹一样，你的新墙会打破照耀在墙上的白光，有选择地将你想要的颜色照回你想要的地方。太神了奇妙的？不可能的

事实上，这项工作目前正在例行进行，其过程与它的自然灵感、甲虫、蝴蝶和鸟类没有太大区别。这种颜色被称为结构色，是形态蝴蝶身上的亮色，甲虫外壳的浮油色，或许多鸟类羽毛的彩虹色的原因。

当白光，由不同波长的颜色组成，照射到这些生物的任何一个表面时，它会击中一个复杂的表面。如果表面在波长尺度上是均匀的，那么光就会以其所有组成颜色及其特征波长同相反射。这将产生所谓的“白光”。

然而，形态蝴蝶的翅膀表面并不均匀。它是由微小的鳞片构成的，鳞片上有脊，有倾斜的架子。我们的白光照射在不同深度的纳米货架上，因此其不同的组件颜色被反射回不同的距离，因此在不同的时间到达。不同的波长以不同的速度反射。

就像双人荷兰语游戏中的跳绳一样，一些反射的颜色是同步的，或者说是相位的，而有些则不是。那些不是的将相互抵消；这被称为“干涉”。同相的光会产生更亮的颜色。孔雀羽毛的强烈颜色就是一个很好的例子。

高通公司的MEMS技术部门设计了一种模仿这一过程的方法，并为其打上了品牌“Mirasol”技术. 他们已经将其应用于移动设备的显示屏上，但似乎没有理由认为其应用不能更广泛。

MEMS部门今年春天赞助了我在加州大学伯克利分校的课程，对此我表示感谢，但我没有义务在这里为他们写广告。他们的产品值得了解，因为这是一个罕见的直接观察自然的例子，是一个聪明的翻译成有用的产品。像所有这些创新一样，它既不容易，也不便宜，也不快速。

当然，蝴蝶翅膀与电子显示器的基板完全不同，因此比较这两种“技术”是很有用的

首先，效果的最终结果是不一样的。性选择和繁殖、种内交流和伪装似乎是蝴蝶颜色的主要功能。

例如，在某些物种中，颜色信号是在旁观者的眼睛中发出的。受视野限制的捕食者会将同一只翅膀视为背景绿色，而其他蝴蝶则能看到明亮的（线极化的）蓝色一个非常方便的生存特征。

其次，建筑中使用的材料和方法完全不同。在蝴蝶中，从幼虫期开始，翅膀上皮中的单个细胞就形成了重叠的鳞片层。这些细胞变平、拉长，然后在其表面形成图案结构。生长中的细胞将这些角质层结构分泌为液体，当细胞死亡回到翅膀的上皮细胞时，这种液体会变硬。研究人员认为，弹性屈曲是在某些物种中实现干扰波长所需周期的关键。其他物种生长一个内质网的三维网络以形成光子晶体。一般结果是相同的。

鳞片角质层上形成的图案是各种系列的脊和交叉脊，有多达10-12层的“架子”。甲壳素架子和空气空间之间的间距在0.5到5微米之间，这些缝隙的大小与颜色波长非常匹配。几丁质是无脊椎动物世界的首选硬材料，是一种从葡萄糖中提取的长链聚合物。

当然，硬件工程师的目标与蝴蝶的目标大不相同。在竞争激烈的视觉显示市场上，各种竞争技术似乎都处于失控的成功和默默无闻之间。一种制度的优点似乎与局限性相平衡。

例如，液晶显示器（LCD）明亮但耗电。电泳（E-ink）显示器耗电较少，但刷新速度较慢，并且不确定它们是否能够在低功耗下支持视频颜色。开发人员的主要关注点是能源使用、可见性以及静止和运动图像的一致颜色；所有这些都必须以用户接受的形式以低成本提供。

高通公司使用所谓的IMOD（干涉调制）技术来创建其颜色。简单地说，这项技术精确地调整颜色波长，这些波长将通过相互干扰而被抵消。剩下的颜色就是您将看到的颜色。

为此，将两个盘子夹在中间，中间有一个微小的间隔。玻璃基板上的薄膜叠层位于悬浮反射膜上方。当电荷通过阵列时，静电吸引将板聚集在一起。所有的浅色都被吸收，你会看到黑色。

然而，当电荷释放时，会产生三个宽度间隙中的一个，对应于红色、绿色或蓝色波长。在像素阵列中组合这些显示的颜色可以创建所需的任何颜色。这些板间隙每秒可调整1000次。该技术是双稳态的，因此使用低功耗；能量用于进行改变，但不能维持状态。

我向我的学生指出，这项技术并不是试图重建上皮，而是工程师们已经抽象出蝴蝶颜色现象的原理，并应用可实现的方法和材料来产生同样的效果。在这种情况下，硅晶圆行业的制造工艺具有极大的优势。

因为它是模块化的（自然的另一个课程），它似乎具有显著的可扩展性，而且我看不出为什么它最终不能用于改进伦敦地铁的寻路、海上船舶的紧急信号或工厂的化学检测警告。

不那么引人注目，但也许更重要的是，这种技术在我们从目前的垃圾文化向更耐用商品回归的转变中可能发挥的作用。正如我的前承包商对我说的，关于更换我家里的一些东西，“很多东西不会磨损；它们‘丑陋’了。”

我想知道，如果我们能保持它们的颜色明亮，并随意改变它们，我们会保留多少年？平心而论，硅片产业既不被认为是最便宜的，也不被认为是最环保的，但也许有一天，这两条绿色路线将在董事会图表上相遇。

IMOD技术的仿生技术创新无疑是一项令人印象深刻的壮举，但其应用（以及经济成功）的普及程度还有待观察。《猫的爪子和弹射器》一书的作者史蒂文·沃格尔（Steven Vogel）最近提醒我，设计史上到处都是创新得“A”，但市场得“F”的产品。

沃格尔说：“在不同的场合，一些非常聪明、具有开创性的技术出现了，有时是在吸收了相当多的开发资金之后。”。“然后，该装置在其所在的时间和地点再次作为一个完全的经济失败而消失。仿生学家的寓意是，对自然装置的巧妙模仿本身并不能带来培根。”

他接着列举了布鲁内尔的气动铁路、弗莱特纳飞船、超音速运输机、斯特林发动机和模拟计算机。

就我个人而言，我认为IMOD技术将继续存在；因为任何一个变幻莫测的市场都不可能被放弃。此外，我想随时改变餐厅的颜色。你不会吗？

_{照片抄送授权人生态异教徒.}