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變色軟體機器人現身
2019-11-08 11:29:06 來源: 解放軍報
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    倣變色龍軟體機器人效果圖

    變色龍作為大自然中的“偽裝高手”,在受到威脅時,不僅能逃之夭夭,還可通過改變皮膚顏色恐嚇天敵或是偽裝自己。它的這種環境自適應行為,啟發了科學家們研究開發能感知環境並改變自己性能的變色軟體機器人。

    不久前,中國科學院深圳先進技術研究院的研究團隊,模倣變色龍的變色原理,研制出通過顏色變化進而實現與環境交互、同時還能運動的軟體爬行機器人。該研究成果發表在一家國際知名的材料學期刊上,一時間吸引無數目光,迎來了變色軟體機器人的“高光時刻”。

    想了解該機器人的研制方法,首先要從變色龍的變色原理説起。該研究團隊負責人介紹,變色龍之所以能改變皮膚顏色,源于其身上的結構色。“變色龍的皮膚中存在一個個規整排列的納米顆粒,當皮膚舒張或收縮時,納米顆粒的間距會發生改變,進而改變光的反射效果,最終呈現出肉眼可見的顏色變化,這種由于微納結構與光相互作用産生的顏色就是所謂的結構色。”

    受此啟發,該研究團隊研制出一款變色薄膜。薄膜中填充有溶劑蒸氣後,一方面能使納米孔洞迅速膨脹,從而改變間距;另一方面,也能改變材料的折射率,從而實現顏色的快速改變。該薄膜在溶劑氛圍中的顏色變化速度可快至0.2秒,並且通過調控薄膜暴露在溶劑蒸氣中的時間長短,能夠實現不同的顏色變化。

    據了解,這項研究最大的難點在于,同時集成了變色與變形兩種功能。正常情況下,要想單獨實現變色或變形相對比較容易,但想獲得一種既能快速變色又能變形的材料難之又難。該研究團隊發現,將薄膜厚度降低到38微米,並在薄膜無周期性結構一側,設計陣列化排布且溶脹程度小的聚丙烯酸酯高分子條帶時,由于不對稱性溶脹,薄膜在溶劑氛圍中不僅可快速變色,還能實現定向變形,這類變色與變形持續逾100個循環後,仍然保持優良驅動特性。

    隨後,該研究團隊模倣自然界中可爬行的生物,將不對稱性摩擦設計到可兼具運動與變色的驅動器中,成功設計出能隨環境變化進而改變自身顏色的軟體爬行機器人,其1分鐘可以爬行逾6倍自己身長的距離。

    關于變色軟體機器人的研究,國外也取得了不少進展。哈佛大學一個研究團隊曾使用微流體技術,在軟體機器人體內嵌入微型管道,再往管道內注入多種熒光材料,隨後機器人的顏色、與周邊環境的對比度、外殼圖案、亮度、溫度和形狀,都可隨著環境溫度或光線等的變化而改變,從而同周圍環境融為一體、顯示信息、發出亮光,甚至還能發出紅外線。

    變色軟體機器人可控變形與變色的性能,將使其應用前景非常廣闊。不久的將來,在偵察、探測、救援及醫療等領域,我們或許都能看到變色軟體機器人的身影。它可能被制造成間諜機器人,來進行軍事偵察;也可能制造成新型醫療檢測機器人,來幫助治療疾病。(陳靈進 吳智才 胡明生)

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【糾錯】 責任編輯: 蔡琳琳
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