章鱼机器人：硅胶皮肤能够实现“3D伪装”

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。

　　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。

　　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）