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根據章魚偽裝特性設計的隱身機器人是什麽樣的?

章魚通過改變皮膚顏色和紋理,能夠壹瞬間變成凹凸不均的海草或者珊瑚,從而在環境中接近於隱身狀態。在不久的將來,利用章魚這種偽裝特性設計的機器人也將擅長奇妙的隱身術。類似頭足類動物皮膚的合成材料可以從平坦的二維表面,轉變成為具有凹凸結構的三維表面。這項技術未來可用於制造軟體機器人,通常它覆蓋著具有彈性的矽膠“皮膚”。

意大利聖安娜高級研究學院仿生機器人教授塞西莉亞·拉什奇(Cecilia Laschi)說:“偽裝機器人可以隱藏起來,避免遭受動物的攻擊,較好地接近動物研究它們的自然棲息環境。當然,偽裝也可以支持軍事應用,減少機器人的能見距離,更有效地接近危險區域。”

研究人員通過建立壹個平坦表面轉變為3D表面,模擬壹個多肉植物,對這項矽膠偽裝技術進行了測試。研究人員通過建立壹個平坦表面轉變為3D表面,模擬壹個多肉植物,對這項矽膠偽裝技術進行了測試。

凹凸不平的皮膚

這支研究小組是由美國賓夕法尼亞大學的詹姆斯·皮庫爾(James Pikul)和康奈爾大學的羅伯特·謝潑德(Robert Shepherd)負責的,他們受到章魚和烏賊的凹凸皮膚突起的靈感,設計壹款軟體機器人。據悉,章魚和烏賊僅用0.2秒的時間便能膨脹肌肉組織,同時改變體色,完美地模擬周圍環境特征。

軟體機器人的皮膚突起是矽膠皮膚之下的壹種氣袋,也可以稱為“氣球”。通常情況下,這些氣袋會在不同時間、不同位置膨脹,從而使機器人產生移動。在這項最新研究中,軟體機器人膨脹效果能夠更進壹步。

基於頭足類動物的行為特征,以及我們無法實現的技術,如何使用最新技術填補這壹空缺,讓機器人具有類似章魚的偽裝特性?這是謝潑德提出的核心問題。

他強調指出,在這種情況下,對氣袋充氣是壹個非常可行的解決方案。通過將微小的纖維網狀球體嵌入矽膠之中,科學家能夠控制和改變膨脹表面的紋理,就像章魚能夠變化其皮膚壹樣。

當皮庫爾還是博士後生時,曾提出通過纖維網環模式改變氣袋紋理結構的觀點,他被膨脹矽膠所吸引,主要是由於矽膠膨脹和收縮的速度非常快。之後在此構思基礎之上,僅需要壹個數學模型便能解決其運行問題。

研究人員制造壹個矽膠網眼合成結構,之後對其進行充氣膨脹,能夠模擬章魚皮膚突起,膨脹其皮膚進行偽裝。  研究人員制造壹個矽膠網眼合成結構,之後對其進行充氣膨脹,能夠模擬章魚皮膚突起,膨脹其皮膚進行偽裝。

概念驗證

目前紋理皮膚的原型看上去非常簡單,通過將矽膠泡沫與纖維網結構的同心圓相分離,研究人員能夠解決如何控制矽膠膨脹時的變形狀況。例如:他們模擬河流圓石的結構,以及模擬壹種葉片呈螺旋狀排列的多肉植物。

但是謝潑德指出,復雜並不是他們研究工作的首要目標。我們不希望這種技術成為世界上僅有少數人掌握的,我們希望它能夠非常容易地使用。

他希望這種基於研究團隊早期發現如何使矽膠皮膚變色的紋理技術,能夠更容易地應用於工業、學術界,以及被廣大興趣愛好者所使用。因此,該研究團隊故意使用激光刀具等技術制造網環,這樣便於康奈爾大學實驗室之外的人們可以使用。

康奈爾大學物理學教授艾泰·科恩(Itai Cohen)也從事這項研究,他指出這項技術的另壹個可利用方面。在壹次考察過程中,科恩假設堆積多層漏氣矽膠,按照壹定的設計將其膨脹成壹種偽裝性紋理結構,放在某人卡車車廂。他說:“妳可以對其進行放氣,使該結構不必永久保持恒定的外形,畢竟充氣膨脹的結構很難進行運輸。”伴隨著這項技術的不斷發展,科恩進行了大膽設想——未來人們可以對壹個環境掃描,之後編程相對應的矽膠片,只要充氣就能模擬相應的環境特征。

目前謝潑德和皮庫爾在各自的實驗室不斷地升級該技術,謝潑德解釋稱,自從開發這項技術以來,現已開始用電流代替充氣膨脹,電流可產生相同的紋理,不需要系繩或者增壓空氣系統。同時,皮庫爾希望應用處理材料表面的經驗技術,以及表面積具有重要作用的物體,例如:電池或者冷卻劑。

謝潑德說:“我們仍然處於軟體機器人的探索階段,因為多數機器人都是由堅硬的金屬和塑料制成,軟體機器人的特性和最佳應用尚未完全具體化。我們僅處於研究初期,同時目前取得了好的成績,但是關鍵在於未來的應用,使軟體機器人更容易讓大眾使用,同時確定軟體機器人系統的可靠安全性。”

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