カメレオンの体色変化能力は、長らく好奇心旺盛な観察者を困惑させてきました。哲学者アリストテレスでさえ、この適応する生き物に長い間首をかしげていました。しかし、人間はいまだに草に合わせて緑の服を着る程度の擬態しかできませんが、無生物の物体は話が別です。
MITのコンピュータ科学・人工知能研究所の研究チームは、Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory（CSAIL）が、紫外線（UV）と可視光線にさらされると物体の色が変わる、再プログラム可能なインクを用いた新しいシステムにより、このカメレオンのような現実に一歩近づきました。
「PhotoChromeleon（フォトクロムレオン）」と名付けられたこのシステムは、フォトクロミック色素を混ぜ合わせたもので、どのような物体の表面にもスプレーや塗装で施すことができ、色を変えられます。これは完全に可逆的なプロセスであり、無限に繰り返すことができます。
PhotoChromeleonは、スマートフォンケースから自動車、更新が必要な靴まで、あらゆるものをカスタマイズするために使用できます。自然環境で使用しても色は保たれます。
「この特殊な色素は、無数のカスタマイズの選択肢を可能にし、製造効率の向上と全体的な廃棄物の削減につながる可能性があります」と、CSAILのポスドク研究員で、このプロジェクトに関する新しい論文の筆頭著者であるYuhua Jin氏は述べています。「ユーザーは、同じ物を色やデザインを変えて何度も買い直すことなく、日々の持ち物や外観を個性的にできます。」
PhotoChromeleonは、チームが以前に開発したシステム「ColorMod」を発展させたものです。ColorModは3Dプリンターを使い、色を変えられる製品を製造します。このプロジェクトには、使用できる色の範囲が狭いことや、解像度が低い結果になることといった限界があったため、チームはさらなる改良の可能性を検討することにしました。
ColorModでは、物体の各ピクセルを印刷する必要があったため、それぞれの小さな正方形の解像度は多少粗いものでした。色の面では、物体の各ピクセルは「透明」と「それ自体の色」の2つの状態しか持てませんでした。そのため、青い色素は活性化されると青から透明にしか変化せず、黄色い色素は黄色しか表示できませんでした。
しかし、PhotoChromeleonのインクを使えば、シマウマの模様から広大な風景、多色の炎まで、より多くの色で表現できます。
チームは、シアン、マゼンタ、イエロー（CMY）のフォトクロミック色素を、スプレーで散布できる単一の溶液に混ぜ合わせることでインクを作りました。これにより、一つひとつのピクセルを手間をかけて3Dプリントする必要がなくなりました。各色素が異なる波長とどのように相互作用するかを理解することで、チームは対応する光源による活性化と非活性化を通じて、各色のチャンネルを制御できるようになりました。
具体的には、チームは異なる波長の3種類の光を用いて、各原色を個別に消去しました。例えば、青い光を使うと、その大部分がイエローの色素に吸収されて非活性化し、マゼンタとシアンは残るため、青色になります。緑の光を使うと、その大部分をマゼンタが吸収して非活性化し、イエローとシアンが残るため、緑色になります。
溶液で物体をコーティングした後、ユーザーは物体をプロジェクターと紫外線ライトのある箱の中に置くだけです。紫外線ライトによって色が透明から完全な彩度まで飽和し、プロジェクターが必要に応じて彩度を下げます。光が色を活性化すると、新しいパターンが現れます。もしデザインに満足できなくても、紫外線ライトで消去するだけでやり直すことができます。
チームはまた、希望する製品に施すデザインやパターンを自動的に処理するユーザーインターフェースも開発しました。ユーザーは設計図を読み込むだけで、光が効果を発揮する前に、プログラムが物体へのマッピングを生成します。
チームは、自動車モデル、スマートフォンケース、靴、そして小さな（おもちゃの）カメレオンに対してシステムを試験しました。物体の形状や向きによって、処理には15分から40分かかり、すべてのパターンは高い解像度を持ち、必要に応じて問題なく消去できました。
「ユーザーに自分の物を個性化する自律性を与えることで、数えきれないほどの資源を守ることができ、お気に入りの持ち物を創造的に変える機会は無限にあります」と、MITのStefanie Mueller教授は述べています。
PhotoChromeleonは色域を大幅に広げましたが、すべての色が光フォトクロミック色素で表現できたわけではありません。例えば、マゼンタやシアンに適した色素はなかったため、チームは最も近い色素で推定せざるを得ませんでした。チームは、材料科学者と協力してより優れた色素を開発することで、この課題を発展させる計画です。
「新規の複数フォトクロミックインクを従来の素材に組み込むことで、自動車部品の製造に必要なコストと時間を削減し、フォードの製品に付加価値を加えられると考えています」と、Ford Motor Co.の持続可能・新素材担当テクニカルスペシャリストであるAlper Kiziltas氏は述べています。（フォードは、アライアンス共同研究を通じて、MITとともにColorMod 3D技術に取り組んできました。）「このインクにより、多色部品の製造に必要な工程数を減らしたり、風化や紫外線劣化による色の耐久性を向上させたりできる可能性があります。いつか、思いつきで車を個性化できる日が来るかもしれません。」
