上周，一條 #韓國(guó)研發(fā)成功變色龍軟體機(jī)器人# 的話題突然登上微博熱搜，引起眾多網(wǎng)友的好奇。這個(gè)機(jī)器人到底什么來頭?這玩意兒是怎么實(shí)現(xiàn)的?別著急，我們來捋一捋。
這個(gè)機(jī)器人由韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)開發(fā)，當(dāng)它爬過不同顏色的背景時(shí)，身體顏色就會(huì)隨著背景顏色而發(fā)生相應(yīng)的改變。研究者稱這項(xiàng)研究成果可以應(yīng)用于軍事、建筑、時(shí)尚等各類領(lǐng)域。
自然界中，變色龍可以完美的將自己隱藏在環(huán)境中，然而想要將這一能力復(fù)制到人造物品上則極為困難。研究者利用熱致變色材料制成該變色龍機(jī)器人的皮膚，并在下層布置了加熱網(wǎng)格，通過產(chǎn)生不同的熱量來控制表面皮膚顏色的變化，實(shí)現(xiàn)與環(huán)境顏色的匹配，成功地造出了一只變色龍機(jī)器人。
這項(xiàng)研究于 8 月 10 日發(fā)表在《自然通訊(Nature Communications)》上，論文題目為《具有人工隱型和破壞性有色皮膚的仿生變色龍軟體機(jī)器人(Biomimetic chameleon soft robot with artificial crypsis and disruptive coloration skin)》。
變色龍能力讓科學(xué)家向往，復(fù)制到人造物體上是難題
在自然界中，許多物種都可以改變它們的外觀以防止捕食者看到它們。變色龍可能是最出名的例子，它可以跟隨周邊的自然環(huán)境而改變皮膚顏色，從而將自己完美的隱藏在自然環(huán)境中?？茖W(xué)家們一直希望能夠?qū)⑦@一能力復(fù)制到人造物品上來，實(shí)現(xiàn)人工偽裝。
然而，要讓人造物品實(shí)現(xiàn)這一能力，一方面需要能夠讓人造物品表達(dá)出足夠多的顏色，另一方面還要能夠按照需求來控制表達(dá)出來的顏色。這要實(shí)現(xiàn)起來極為復(fù)雜，困擾了研究人員多年。
而這次，韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)的研究人員成功地找到了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法，制造出來了一只人造軟體機(jī)器人變色龍，身體顏色可以跟隨環(huán)境顏色變化產(chǎn)生相應(yīng)的變化。
研究人員發(fā)布了一段變色龍機(jī)器人在紅綠藍(lán)三色面板上爬過的視頻，展示了機(jī)器人根據(jù)需要改變自身顏色的能力。
研究者稱，人工偽裝是軍隊(duì)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，在軍事方面有著廣泛用途。另外，建筑、藝術(shù)、時(shí)尚以及戶外運(yùn)動(dòng)裝備等各領(lǐng)域都對(duì)這項(xiàng)技術(shù)有著廣泛的關(guān)注。
研究者制成變色皮膚，控制溫度改變機(jī)器人顏色
那么研究者是怎么實(shí)現(xiàn)讓機(jī)器人跟隨環(huán)境的變化而改變自身的顏色的呢?這其中主要用到了熱致變色液晶(thermochromic liquid crystal ，TLC)材料，通過控制溫度，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人顏色的改變。
研究人員將 TLC 墨水層與垂直堆疊的、有圖案的銀(Ag)納米線(NW)加熱器集成在多層皮膚結(jié)構(gòu)中，通過加熱器溫度的變化來控制顏色的變化。
具體而言，研究人員選擇 TLC 墨水層作為變色龍機(jī)器人的第一層皮膚，然后利用 Ag NW 網(wǎng)格加熱器制成變色龍的第二層皮膚，通過這層皮膚來控制溫度的變化。
接下來，研究人員給他們創(chuàng)造的變色龍機(jī)器人裝上了這兩層皮膚。并且，他們還在機(jī)器人的腹部添加了顏色傳感器，使其在向前爬行的同時(shí)能夠用腹部識(shí)別所爬過的表面的顏色。
傳感器接收到信息后，會(huì)將信號(hào)傳輸給第二層皮膚，使其根據(jù)需要變換溫度，這樣就能夠使變色龍機(jī)器人表面皮膚的顏色發(fā)生相應(yīng)的變化。
TLC 受熱會(huì)使其內(nèi)部的顆粒形成螺旋結(jié)構(gòu)，反射出特定波長(zhǎng)的光，而不同的熱量會(huì)使螺旋結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出不同的尺寸，反射出的光的波長(zhǎng)也會(huì)有所不同，使其顯示出各種顏色。
TLC 已經(jīng)被公認(rèn)為人工偽裝應(yīng)用的潛在應(yīng)用對(duì)象，它對(duì)溫度變化極為敏感，這使它不能有效地適應(yīng)各種外部環(huán)境。但是一旦能夠精準(zhǔn)控制溫度，就可以讓它靈敏地變換出所需要的顏色，并且運(yùn)行中的功耗也會(huì)很低。
利用 Ag NW 制成的加熱器很好的解決了精準(zhǔn)控制溫度這一個(gè)難題，讓 TLC 用于變色龍機(jī)器人的皮膚成為了現(xiàn)實(shí)。研究人員還發(fā)現(xiàn) Ag NW 加熱器不僅可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度控制，還可以通過不同的途徑表達(dá)出比較精細(xì)的圖案。
識(shí)別并展示更精細(xì)圖案仍是難題
這項(xiàng)研究中，通過堆疊多層 Ag NW 加熱器可以使不同區(qū)域產(chǎn)生不同的溫度變化，反映在最外層的 TLC 層上就是不同顏色的出現(xiàn)。
與之前的方法相比，這種方法讓變色龍機(jī)器人表面的顏色過度更加連續(xù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更加自然的偽裝，并且該方法可以大大降低整體系統(tǒng)的復(fù)雜性。
不過目前該變色龍機(jī)器人還缺乏適當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別算法，來識(shí)別并展示更加精細(xì)的圖案。
想要做到這一點(diǎn)，必須讓機(jī)器人能夠處理獲取到的高分辨率的視覺信息，并將其轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)多層加熱器的輸入信號(hào)。
這一問題涉及到多個(gè)方面，如機(jī)器人的移動(dòng)速度、加熱器的數(shù)量和加熱模式、顏色和圖案?jìng)鞲袉卧臄?shù)量及排列方式等。研究者稱，在接下來的研究中，將與不同背景的專業(yè)人士合作，包括信號(hào)處理和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)科學(xué)領(lǐng)域的專家來共同解決這一問題。
結(jié)語：變色龍機(jī)器人離實(shí)際應(yīng)用尚較遠(yuǎn)
自然界中存在多種偽裝技巧，比如變色龍可以改變自身顏色和環(huán)境融為一體，竹節(jié)蟲、枯葉蝶等將自己偽裝成大自然中隨處可見的枝條、枯葉。人類從大自然的這種鬼斧神工中獲取了眾多靈感，許多偽裝技巧在軍事中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。
變色龍這種調(diào)節(jié)自身顏色來實(shí)現(xiàn)偽裝的能力一直被科學(xué)家們向往，但是復(fù)制到人造物品上仍是一件困難的事?，F(xiàn)在，首爾國(guó)立大學(xué)的研究人員將這種能力初步變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。
不過該研究中的機(jī)器人仍需要拖著電線才能行動(dòng)，另外還不能識(shí)別并顯示更加精細(xì)的圖案，想要將這一機(jī)器人用于更加復(fù)雜的場(chǎng)景中，仍有很長(zhǎng)的路要走。
