В одно мгновение осьминог может превратиться в морщинистые водоросли с острыми краями или кораллы, изменив цвет и текстуру своей кожи, таким образом, становясь почти невидимым в окружающей среде. И в будущем роботы также смогут осуществить этот, казалось бы, волшебный камуфляжный трюк.
Исследователи создали синтетическую форму кожи головоногих моллюсков, которая может трансформироваться из плоской 2D-поверхности в трехмерную с выпуклостями и ямками, сообщают они сегодня (12 октября) в журнале Science. Исследователи утверждают, что однажды эту технологию можно использовать в мягких роботах, которые обычно покрыты эластичной силиконовой «кожей».
«Закамуфлированные роботы могут прятаться и быть защищены от нападений животных и могут лучше подходить к животным для изучения их в естественной среде обитания», - говорит Сесилия Ласки, профессор биороботики в Институте биоброботики Школы перспективных исследований Сант-Анны, в Пизе, Италия. написал в сопроводительной статье в текущем выпуске Science. «Конечно, камуфляж также может поддерживать военные приложения, где снижение видимости робота дает ему преимущества в доступе к опасным зонам», - писал Ласки, который не участвовал в текущем исследовании.
Ухабистая кожа
Исследователи, во главе с Джеймсом Пикулом из Университета Пенсильвании и Робертом Шепердом из Корнельского университета, черпали вдохновение из трехмерных ударов или папилл, что осьминог и каракатица могут надуваться с помощью мышечных единиц за одну пятую секунды для маскировки.
Дополнением папилл мягкого робота будут воздушные карманы или «воздушные шарики» под силиконовой оболочкой. Часто эти карманы раздуваются в разное время в разных местах, чтобы генерировать локомоцию в роботе. В новом исследовании эта роботизированная инфляция сделала еще один шаг вперед.
«Основываясь на этих вещах, которые они могут сделать, и на том, что наша технология не может сделать, как мы можем сократить разрыв, чтобы иметь технологические решения с их довольно удивительными возможностями?» был центральным вопросом, поставленным Шепардом.
«В этом случае надувание воздушного шара является довольно реальным решением», - добавил он.
Внедрив маленькие силиконовые сферы в силикон, ученые могли контролировать и формировать текстуру накачанной поверхности, точно так же, как осьминог может восстановить ее кожу.
Пикуль, в то время аспирант Корнелльского университета, предложил идею текстурирования этих воздушных карманов с помощью рисунков из волоконно-сетчатых колец. Пикуль объяснил «Живой науке», что его увлекла идея надувать силикон из-за того, насколько быстрой и обратимой может быть инфляция. Оттуда, это было просто вопрос выяснения математических моделей, чтобы заставить его работать.
Доказательство концепции
Нынешний прототип для текстурированной кожи выглядит довольно элементарно: разделив пузырьки силикона с концентрическими кругами из волокнистых сеток, исследователи выяснили, как контролировать форму силикона по мере его надувания. Согласно газете, им удалось раздувать пузыри в новые формы, укрепляя сетку. Например, они создали структуры, которые имитировали округлые камни в реке, а также сочные растения (Graptoveria amethorum) с листьями, расположенными по спирали.
Но изысканность не была их главной целью, отметил Шепард.
«Мы не хотим, чтобы это была технология, которую могут использовать только несколько человек в мире; мы хотим, чтобы это было довольно легко сделать», - сказала Шепард в интервью Live Science. Он хотел, чтобы технология текстурирования, основанная на более ранних выводах команды о том, как сделать изменяющие цвет силиконовые оболочки, была доступна для промышленности, научных кругов и любителей. Поэтому, команда сознательно использовала ограничивающие технологии, такие как лазерные резаки, для изготовления колец для проволоки, потому что это могут использовать люди вне лаборатории Корнелльского университета.
Итай Коэн, профессор физики в Корнелле, который также работал над исследованием, отметил еще один доступный аспект технологии. На экскурсии в поле Коэн предполагает укладку листов спущенного силикона - запрограммированных на раздув в виде камуфляжной текстуры - в задней части грузовика. «Теперь вы можете надуть его, чтобы он не был в той постоянной форме, которую действительно трудно транспортировать», - сказал Коэн в интервью Live Science. По мере развития технологий, можно даже сканировать окружающую среду, а затем программировать соответствующий силиконовый лист прямо там и сейчас, чтобы имитировать его, предположил Коэн.
Пикуль и Шепард планируют использовать эту технологию в своих лабораториях. Шепард объяснил, что с момента разработки этой технологии он начал заменять инфляцию электрическими токами, которые могут вызывать такое же текстурирование - не требуется привязная система и система подачи сжатого воздуха. И Пикуль надеется применить уроки, извлеченные из манипулирования поверхностями материалов, к вещам, где площадь поверхности играет важную роль, таким как батареи или охлаждающие жидкости, сказал он.
«Мы все еще находимся очень в исследовательской фазе мягкой робототехники», сказал Шепард. Поскольку большинство машин изготавливаются из твердых металлов и пластмасс, условные обозначения и наилучшее использование мягких роботов еще предстоит полностью раскрыть. «Мы только начинаем, и у нас отличные результаты, - сказал он, но ключ к этому - в будущем, чтобы другим людям было проще использовать эту технологию и обеспечить надежность этих систем».
Исследование финансировалось Исследовательским отделом армейской исследовательской лаборатории США.
