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章鱼机器人:硅胶皮肤能够实现“3D伪装”

时间:2017-10-21 13:24:51 点击:

  核心提示:图中是澳大利亚大乌贼(Sepia apama),利用其身体突起起到伪装作用。  新浪科技讯 北京时间10月19日消息,据国外媒体报道,章鱼通过改变皮肤颜色和纹理,能够一瞬间变成凹凸不均的海草或者珊瑚,...
图中是澳大利亚大乌贼(Sepia apama),利用其身体突起起到伪装作用。图中是澳大利亚大乌贼(Sepia apama),利用其身体突起起到伪装作用。

  新浪科技讯  北京时间10月19日消息,据国外媒体报道,章鱼通过改变皮肤颜色和纹理,能够一瞬间变成凹凸不均的海草或者珊瑚,从而在环境中接近于隐身状态。在不久的将来,利用章鱼这种伪装特性设计的机器人也将擅长奇妙的隐身术。

  研究人员在近期出版的《科学》杂志上指出,一种类似头足类动物皮肤的合成材料可以从平坦的二维表面,转变成为具有凹凸结构的三维表面。这项技术未来可用于制造软体机器人,通常它覆盖着具有弹性的硅胶“皮肤”。

  意大利圣安娜高级研究学院仿生机器人教授塞西莉亚·拉什奇(Cecilia Laschi)说:“伪装机器人可以隐藏起来,避免遭受动物的攻击,较好地接近动物研究它们的自然栖息环境。当然,伪装也可以支持军事应用,减少机器人的能见距离,更有效地接近危险区域。”

研究人员通过建立一个平坦表面转变为3D表面,模拟一个多肉植物,对这项硅胶伪装技术进行了测试。研究人员通过建立一个平坦表面转变为3D表面,模拟一个多肉植物,对这项硅胶伪装技术进行了测试。

  凹凸不平的皮肤

  这支研究小组是由美国宾夕法尼亚大学的詹姆斯·皮库尔(James Pikul)和康奈尔大学的罗伯特·谢泼德(Robert Shepherd)负责的,他们受到章鱼和乌贼的凹凸皮肤突起的灵感,设计一款软体机器人。据悉,章鱼和乌贼仅用0.2秒的时间便能膨胀肌肉组织,同时改变体色,完美地模拟周围环境特征。

  软体机器人的皮肤突起是硅胶皮肤之下的一种气袋,也可以称为“气球”。通常情况下,这些气袋会在不同时间、不同位置膨胀,从而使机器人产生移动。在这项最新研究中,软体机器人膨胀效果能够更进一步。

  基于头足类动物的行为特征,以及我们无法实现的技术,如何使用最新技术填补这一空缺,让机器人具有类似章鱼的伪装特性?这是谢泼德提出的核心问题。

  他强调指出,在这种情况下,对气袋充气是一个非常可行的解决方案。通过将微小的纤维网状球体嵌入硅胶之中,科学家能够控制和改变膨胀表面的纹理,就像章鱼能够变化其皮肤一样。

  当皮库尔还是博士后生时,曾提出通过纤维网环模式改变气袋纹理结构的观点,他被膨胀硅胶所吸引,主要是由于硅胶膨胀和收缩的速度非常快。之后在此构思基础之上,仅需要一个数学模型便能解决其运行问题。

研究人员制造一个硅胶网眼合成结构,之后对其进行充气膨胀,能够模拟章鱼皮肤突起,膨胀其皮肤进行伪装。  研究人员制造一个硅胶网眼合成结构,之后对其进行充气膨胀,能够模拟章鱼皮肤突起,膨胀其皮肤进行伪装。

  概念验证

  目前纹理皮肤的原型看上去非常简单,通过将硅胶泡沫与纤维网结构的同心圆相分离,研究人员能够解决如何控制硅胶膨胀时的变形状况。例如:他们模拟河流圆石的结构,以及模拟一种叶片呈螺旋状排列的多肉植物。

  但是谢泼德指出,复杂并不是他们研究工作的首要目标。我们不希望这种技术成为世界上仅有少数人掌握的,我们希望它能够非常容易地使用。

  他希望这种基于研究团队早期发现如何使硅胶皮肤变色的纹理技术,能够更容易地应用于工业、学术界,以及被广大兴趣爱好者所使用。因此,该研究团队故意使用激光刀具等技术制造网环,这样便于康奈尔大学实验室之外的人们可以使用。

  康奈尔大学物理学教授艾泰·科恩(Itai Cohen)也从事这项研究,他指出这项技术的另一个可利用方面。在一次考察过程中,科恩假设堆积多层漏气硅胶,按照一定的设计将其膨胀成一种伪装性纹理结构,放在某人卡车车厢。他说:“你可以对其进行放气,使该结构不必永久保持恒定的外形,毕竟充气膨胀的结构很难进行运输。”伴随着这项技术的不断发展,科恩进行了大胆设想——未来人们可以对一个环境扫描,之后编程相对应的硅胶片,只要充气就能模拟相应的环境特征。

  目前谢泼德和皮库尔在各自的实验室不断地升级该技术,谢泼德解释称,自从开发这项技术以来,现已开始用电流代替充气膨胀,电流可产生相同的纹理,不需要系绳或者增压空气系统。同时,皮库尔希望应用处理材料表面的经验技术,以及表面积具有重要作用的物体,例如:电池或者冷却剂。

  谢泼德说:“我们仍然处于软体机器人的探索阶段,因为多数机器人都是由坚硬的金属和塑料制成,软体机器人的特性和最佳应用尚未完全具体化。我们仅处于研究初期,同时目前取得了好的成绩,但是关键在于未来的应用,使软体机器人更容易让大众使用,同时确定软体机器人系统的可靠安全性。”(叶倾城)

作者:佚名 来源:网络
 

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