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蒙娜麗莎簡筆畫，不用顏料,如何畫出比芝麻還小的《蒙娜麗莎》的畫

生活百科 筆畫

想象一下，假如給你一張1毫米寬的畫布，沒有筆，也沒有顏料，你能否在上面繪制出一幅清晰的畫作呢？你或許會覺得這個任務太難，甚至完全不可能實現 。
但最近，日本京都大學細胞-物質統合科學研究所（iCeMS）Easan Sivaniah教授帶領的研究團隊，就創造出這樣的“奇跡”，他們繪制了迄今為止世界上最小的名畫——“神奈川沖浪里”，寬度僅有1個毫米 。
更令人不可思議的是，這張畫沒有使用任何顏料或墨水 。
這項研究顛覆了傳統打印理念，研究成果已于本月（2019年6月）發表在頂級期刊《自然》（Nature）雜志上[1]，其中有兩位研究成員（秦德韜與蔣涵東）來自中國 。
不用顏料，能呈現色彩嗎？
人類自古就有追求藝術的天性 。早在三萬八千年前，印度尼西亞人就用赭石在“Lubang Jeriji Saléh”洞穴的墻壁上繪制出公牛的圖形，留下人類已知最早的具象繪畫 。從那時起，人類就在不斷嘗試各種繪畫創作 。自上古石器時代的“手繪”，到后來的水墨畫、油畫，再到今天的各種街頭藝術，幾乎都離不開對墨水顏料的依賴 。就算是數字繪畫，想要將它們打印出來，同樣離不開墨盒 。
然而，在大自然中，卻存在著不用顏料就可以呈現繽紛的色彩的現象，比如蝴蝶的翅膀，昆蟲的甲殼，以及那些有虹彩效應的鳥羽 。地球上許多生物的顏色，實際上并不是化學色素，而是通過其表面結構和光線之間的相互作用，產生令人目眩神迷的斑斕色彩 。這種非顏料型的色彩現象被稱為“結構色” 。
金龜子的結構色及其微觀結構 。圖片來源：Wikimedia Commons、參考文獻[2]
那么問題來了，我們能不能利用結構色的原理來繪圖呢？答案是肯定的 。這次iCeMS團隊創造的新型打印技術，就蘊含著結構色的原理 。
如何“人造”結構色？
這樣的結構色是如何“制造”出來的呢？
原來，在聚苯乙烯等高分子材料中存在著一種特殊現象——當這些高分子受到水平方向上的拉力時，會產生細長的纖維，即“原纖維”，原纖維的形成會產生強烈的視覺效果 。打個比方，拿起一把透明塑料尺反復掰，尺子受力的部分就逐漸變成半透明的白色 。
iCeMS的研究人員發現，通過控制微觀下原纖維的形成過程，并按一定的規律來排列，排列后的原纖維就會反射不同光線產生鮮亮的色彩
打印過程需要先制備光敏聚合物薄膜，然后在薄膜中引入光學“駐波”，這種駐波的作用是給材料分層施加能量 。于是薄膜上就有了獲得能量的“交聯層”和沒有能量的“非交聯層”交替排列，使交聯層間產生應力 。將薄膜放入相應溶劑，非交聯層會生成細小纖維釋放應力，形成能夠干涉光線的層狀結構 。
以《蒙拉麗莎》為例，“打印紙”是硅片，“墨水”是聚苯乙烯 。“打印”過程需要先將光敏高分子溶液涂在硅片上形成薄膜，然后把薄膜放在micro-led儀器中進行交聯（micro-led是一種光學儀器，儀器上有成千上萬個小的led燈，每個led燈可以獨立開關） 。
【蒙娜麗莎簡筆畫，不用顏料,如何畫出比芝麻還小的《蒙娜麗莎》的畫】無墨打印，不僅是省墨那么簡單
與傳統打印相比，這種無墨打印技術實現了很多新的突破 。比如它打印出的圖案分辨率可高達每英寸14000點數，也就是說每英寸（2.54毫米）的長度上放置14000個墨點 。而目前噴墨打印機所能達到的理論極限是4800點數，但如果真的在普通的紙張上用這個規格來打印，紙張對墨水等吸收過飽和，墨水就會糊成一團 。
與此同時，這種打印技術的應用范圍也很廣 。京都大學的研究人員已經證明，這項無墨打印技術適用于多種常用的聚合物（如聚苯乙烯和聚碳酸酯），能在各種飲料瓶、食品藥品塑料包裝；同時也適用于在透明的玻璃材質上進行打印 。人們可以使用這項技術來制造類似水印的安全標簽，以顯示產品是否被打開過包裝或遭到過破壞，抑或是用來制造塑質鈔票上的防偽圖案 。
另外，從顯微鏡觀察可以發現，這項技術印制出的高分子是一種多層微孔結構 。這種結構能夠讓液體或氣體流入，并在其內部實現連通，同時這種網狀結構又具有透氣性和可穿戴性特色 。人們或許可以依此制造出一種柔性的“流體線路板”，將其安置在人皮膚表面或者隱形眼鏡內 。
皮膚或眼睛的分泌物流入線路板微孔后會造成多層結構物理性質的改變，對這些物理性質進行分析就可以收集到人體相關的生物醫學信息，然后通過信號傳輸及時上傳給云數據空間或醫護人員 。
論文的第一作者伊藤真陽表示，未來可以在多項基礎科學領域延伸這一突破性研究 。“我們已經展示可以在亞微米尺度上通過控制應力從而控制高分子的結構”“而我們知道，金屬和陶瓷承受應力時也能產生裂紋 。如果未來能用類似方法在這些材料也實現對裂紋形成的操控，將會同樣令人激動振奮 。”

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