多功能材料如若带有感知能力，例如视觉、触觉甚至味觉等，将会极度扩大工业设计许多领域的可能性。以一个来自大自然的提示为例，一个由哈佛大学保尔森学院工程与应用科学（SEAS）系、哈佛大学威斯研究所生物工程系与麻省理工学院的研究者们参与的跨机构合作中，已经破译了生物矿物诸如软体动物从组成护身衣到进化为形成一个将眼睛镶嵌其上的保护壳。这一发现可能有助于确定目前仍在探索期的人造多功能材料产生的时间。内容于11月20日公布在Science杂志上。
多功能材料可以在环境中感知身体刺激，并利用环境使我们建起避风港，不断地监测磨损撕裂以及有无损坏的迹象，甚至更好地传输药物来产生生物工程器官。
“迄今为止，人工材料执行多重任务或是结构上的相对功能的能力还暂缺，我们还不能理性地设计他们，但是研究存在于自然界的多功能生物材料终将使得我们能够演绎这个相对较新材料科学领域的关键法则。” SEAS材料科学教授同时也是威斯研究所核心委员的Joanna Aizenberg说。由Aizenberg完成的海生生物蛇尾的早期工作使用了相同的矿化材料并生长得到了骨架和视觉器官，这为探索多功能生物材料打好了基础。
如今，Daniel Speiser、Aizenberg 与 Christine Ortiz完成的早期生物学研究给MIT材料科学与工程系Morris Cohen带来了灵感，他建立了一个多学科团队来研究另一个大自然诉说着的故事：热带海生的海胆石鳖属多板纲软体动物的外保护壳上拥有着成百上千的小眼睛。Speiser作为南卡罗来纳大学的教授在这个哈佛与MIT共同领导的团队中付出了努力。
大多数自然界生物的眼睛是由有机分子组成的。而与此相反，石鳖的眼睛是无机的，由一种叫做霰石的结晶矿物组成，防身衣也是它的集成体。他们确保石鳖感知光线变化，从而在水下能通过拧紧提升抓地能力，来应对即将到来的天敌。
该团队利用一套高度分辨微观和结晶的设备，解开了眼睛的三维结构和几何形状，完成了石鳖神经系统所需要的外角膜，透镜以及容纳能够提供聚焦图像的感光细胞的下层室。值得一提的是，研究人员发现，透镜中的霰石晶体比外壳中的更大，而且组成了有规律的平面图，这是便于光线收集与捆绑传输。
“通过单独研究眼睛，我们确定了镜片材料具体如何在室里产生清晰的焦点，比如视网膜可以提供食肉性鱼类的图像。”Aizenberg的博士后研究员同时也是该研究的联合第一作者Ling Li说。
“我们还了解到，在两个功能的权衡中，相比于另一个保护壳来说，光学性能是作为第二功能的。有利于光学性能的材料性质通常不利于机械性能，这样一来进化的石鳖不得不限制眼睛的大小并把它们放置在强烈突出的被保护区内，以平衡其机械漏洞。” Li说。
对大自然最好的“多重艺术家”的调查可以为多功能材料的功能协同和权衡提供深刻见解，引导我们在仿生材料的研究中取得革命性进展。我们因而可能会离材料构成的房屋更近一步，不仅仅是机械性的，还带有灵活调节光线的透镜、测试体内温度、感知外部状况的功能。”Aizenberg说。
