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章魚機(jī)器人：硅膠皮膚能夠?qū)崿F(xiàn)“3D偽裝”

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章魚機(jī)器人：硅膠皮膚能夠?qū)崿F(xiàn)“3D偽裝”



圖中是澳大利亞大烏賊（Sepia apama） ， 利用其身體突起起到偽裝作用 。
據(jù)國外媒體報(bào)道 ， 章魚通過改變皮膚顏色和紋理 ， 能夠一瞬間變成凹凸不均的海草或者珊瑚 ， 從而在環(huán)境中接近于隱身狀態(tài) 。 在不久的將來 ， 利用章魚這種偽裝特性設(shè)計(jì)的機(jī)器人也將擅長奇妙的隱身術(shù) 。
研究人員在近期出版的《科學(xué)》雜志上指出 ， 一種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(zhuǎn)變成為具有凹凸結(jié)構(gòu)的三維表面 。 這項(xiàng)技術(shù)未來可用于制造軟體機(jī)器人 ， 通常它覆蓋著具有彈性的硅膠“皮膚” 。
意大利圣安娜高級研究學(xué)院仿生機(jī)器人教授塞西莉亞·拉什奇（Cecilia Laschi）說：“偽裝機(jī)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(huán)境 。 當(dāng)然 ， 偽裝也可以支持軍事應(yīng)用 ， 減少機(jī)器人的能見距離 ， 更有效地接近危險(xiǎn)區(qū)域 。 ”
研究人員通過建立一個(gè)平坦表面轉(zhuǎn)變?yōu)?D表面 ， 模擬一個(gè)多肉植物 ， 對這項(xiàng)硅膠偽裝技術(shù)進(jìn)行了測試 。 研究人員通過建立一個(gè)平坦表面轉(zhuǎn)變?yōu)?D表面 ， 模擬一個(gè)多肉植物 ， 對這項(xiàng)硅膠偽裝技術(shù)進(jìn)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(xué)的詹姆斯·皮庫爾（James Pikul）和康奈爾大學(xué)的羅伯特·謝潑德（Robert Shepherd）負(fù)責(zé)的 ， 他們受到章魚和烏賊的凹凸皮膚突起的靈感 ， 設(shè)計(jì)一款軟體機(jī)器人 。 據(jù)悉 ， 章魚和烏賊僅用0.2秒的時(shí)間便能膨脹肌肉組織 ， 同時(shí)改變體色 ， 完美地模擬周圍環(huán)境特征 。
軟體機(jī)器人的皮膚突起是硅膠皮膚之下的一種氣袋 ， 也可以稱為“氣球” 。 通常情況下 ， 這些氣袋會在不同時(shí)間、不同位置膨脹 ， 從而使機(jī)器人產(chǎn)生移動 。 在這項(xiàng)最新研究中 ， 軟體機(jī)器人膨脹效果能夠更進(jìn)一步 。
基于頭足類動物的行為特征 ， 以及我們無法實(shí)現(xiàn)的技術(shù) ， 如何使用最新技術(shù)填補(bǔ)這一空缺 ， 讓機(jī)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(qiáng)調(diào)指出 ， 在這種情況下 ， 對氣袋充氣是一個(gè)非常可行的解決方案 。 通過將微小的纖維網(wǎng)狀球體嵌入硅膠之中 ， 科學(xué)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一樣 。
當(dāng)皮庫爾還是博士后生時(shí) ， 曾提出通過纖維網(wǎng)環(huán)模式改變氣袋紋理結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn) ， 他被膨脹硅膠所吸引 ， 主要是由于硅膠膨脹和收縮的速度非?？?。 之后在此構(gòu)思基礎(chǔ)之上 ， 僅需要一個(gè)數(shù)學(xué)模型便能解決其運(yùn)行問題 。
研究人員制造一個(gè)硅膠網(wǎng)眼合成結(jié)構(gòu) ， 之后對其進(jìn)行充氣膨脹 ， 能夠模擬章魚皮膚突起 ， 膨脹其皮膚進(jìn)行偽裝 。 研究人員制造一個(gè)硅膠網(wǎng)眼合成結(jié)構(gòu) ， 之后對其進(jìn)行充氣膨脹 ， 能夠模擬章魚皮膚突起 ， 膨脹其皮膚進(jìn)行偽裝 。
概念驗(yàn)證
目前紋理皮膚的原型看上去非常簡單 ， 通過將硅膠泡沫與纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)的同心圓相分離 ， 研究人員能夠解決如何控制硅膠膨脹時(shí)的變形狀況 。 例如：他們模擬河流圓石的結(jié)構(gòu) ， 以及模擬一種葉片呈螺旋狀排列的多肉植物 。
但是謝潑德指出 ， 復(fù)雜并不是他們研究工作的首要目標(biāo) 。 我們不希望這種技術(shù)成為世界上僅有少數(shù)人掌握的 ， 我們希望它能夠非常容易地使用 。
他希望這種基于研究團(tuán)隊(duì)早期發(fā)現(xiàn)如何使硅膠皮膚變色的紋理技術(shù) ， 能夠更容易地應(yīng)用于工業(yè)、學(xué)術(shù)界 ， 以及被廣大興趣愛好者所使用 。 因此 ， 該研究團(tuán)隊(duì)故意使用激光刀具等技術(shù)制造網(wǎng)環(huán) ， 這樣便于康奈爾大學(xué)實(shí)驗(yàn)室之外的人們可以使用 。

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