韓國研究者研發(fā)“變色龍”機器人，可用于軍事偵查和隱蔽?

????????警用裝備網(wǎng)訊：?　　來自韓國首爾大學和漢陽大學的研究團隊研發(fā)了一種以變色龍為靈感的軟體機器人，它能根據(jù)背景實時變色。作者稱此研究可用于軍事、建筑、時尚等領域。

　　該研究論文于北京時間8月10日23時發(fā)表在國際知名學術期刊《自然-通訊》上，論文標題為《Biomimetic chameleon soft robot with artificial crypsis and disruptive coloration skin》（具有人工隱蔽及干擾性著色皮膚的仿生變色龍軟體機器人），通訊作者為首爾大學機械工程系Seung Hwan Ko（高承煥）教授以及漢陽大學機械工程系Sukjoon Hong教授。

　　“（這項技術）第一個應用將會是軍事。一是隱蔽智能機器人（偵察機器人），二是‘主動’偽裝軍服。目前的軍服是‘被動’的，其顏色和圖案是固定的，不能反映周圍環(huán)境的變化。這個應用的最終形式將是融入背景的隱形斗篷。”高承煥向澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者介紹道，“其他應用包括汽車、服裝或建筑物的背景主動自適應，主要用于‘裝飾’或‘美學’目的。你可以想象一種布料會根據(jù)你的口味或環(huán)境改變顏色和圖案。此外，這種改變顏色和圖案的變色龍可用于未來靈活、可穿戴的顯示器?！?/p>

　　論文表示，人造偽裝的原理是模仿生存環(huán)境中的天然偽裝，人們已經(jīng)在許多物種中發(fā)現(xiàn)了這種天然偽裝，如變色龍等。目前，人工偽裝，尤其是軟體機器人電子皮膚，成為最近技術發(fā)展的重要課題。

　　一般認為，偽裝的基本原則是與背景相似以及具有干擾性的著色。自然界的主動偽裝主要依賴于動物肌肉細胞的機械作用，而人工偽裝無需與變色動物的實際解剖結構匹配，因此可采用更加多樣的策略。

　　不過，迄今為止，在可見光范圍（400-700 nm 波長）的實用人工偽裝的主導技術尚未完全建立。

　　由于最直接的偽裝是展示與背景相似的顏色，因此在單元設備級別進行人工偽裝的先決條件是表達大量顏色，并能按需控制和改變這些顏色。同時，單元設備還需要靈活堅固，尤其是用于穿戴的設備，它作為可附著貼片需要輕松覆蓋目標的身體，并與環(huán)境條件和穿戴者的運動兼容，同時要維持內部結構。此外，將單元設備集成到一個完整的人工偽裝設備中還需要考慮其他問題，十分復雜。

　　此項工作中，研究人員使用了一種開發(fā)人造變色龍的新策略，他們將熱致變色液晶（thermochromic liquid crystal）墨水與縱向堆疊、有圖案的銀納米線網(wǎng)絡加熱器（multilayer silver nanowire heaters）集成（他們將該技術縮寫為ATACS），再結合顏色傳感器和反饋控制系統(tǒng)，制造出了“人造變色龍皮膚”并應用于一個軟體機器人上，形成變色龍機器人。

　　熱致變色液晶的可調諧著色是公認的人工偽裝應用的潛在候選者，其對溫度變化較為敏感，這是對外部環(huán)境變化的熱穩(wěn)定性不利的特征。不過，一旦能夠精準控制溫度，它就能靈敏反應，低能耗運行。銀納米線網(wǎng)絡加熱器不僅可以實現(xiàn)準確的溫度控制，而且還可以通過不同的途徑來表達精細圖案。

a,多層ATACS的數(shù)字圖像及其帶有加熱器層的底部圖像

b,多層ATACS的配置

c,銀納米線網(wǎng)絡加熱器通過加熱機制產(chǎn)生熱量

d,銀EDS圖像橫截面的SEM圖像

　　e,CIE 1931 ATACS色度圖

　　f,ATACS的著色性能取決于各種直流電壓

　　作者的演示表明，該變色龍機器人能探測局部背景顏色，并根據(jù)周圍環(huán)境進行實時變色。當表面溫度處于環(huán)境溫度時，變色龍表現(xiàn)為黑色，但激活加熱器達到工作溫度范圍時，可以觀察到鮮艷的顏色。

g,具有 7 個高度靈活的多層ATACS 貼片的變色龍模型

h,在變色龍模型上演示圖案花紋

談及這項研究的主要困難，高承煥表示，“第一，加快變色反應的時間（與真實動物的反應時間相當）。我們的第一個變色龍機器人的響應時間相對較慢（約5s），通過應用銀納米線加熱器，我們可以將響應時間縮短到亞秒（0.4s），這與真實動物的反應時間尺度相似?！?/p>

　　“第二，可靠、穩(wěn)定的顏色控制（即使環(huán)境溫度發(fā)生變化，也能保持目標顏色）。早期的變色龍模型顯示，隨著環(huán)境溫度改變，變色龍的顏色會發(fā)生不必要的變化。借助于反饋控制系統(tǒng)，目前，在各種外部溫度擾動下，溫度也能很好地保持在目標溫度，而且顯示的顏色具有更好的穩(wěn)定性。第三，顏色變化和變色龍運動的同時整合是另一個大問題?！?/p>

　　今后仍需開展進一步研究，實現(xiàn)對高分辨率表面紋理的快速識別和表達，作者認為這或許會通過信號處理和數(shù)據(jù)驅動科學領域的技術進步得以實現(xiàn)。

　　關于研究的下一步工作，高承煥表示，首先，他們目前正計劃進行探索無約束、完全自主的變色龍機器人?！澳憧赡茏⒁獾浆F(xiàn)在機器人仍然有電源線。我們想要去除電線，制造一個完全自主工作的變色龍機器人?！?/p>

隱匿偽裝模式的有效性：真實變色龍（左）和覆蓋有 7 個多層 ATACS 的變色龍模型（右）的視覺比較

“第二，我們計劃對基于人工智能的傳感系統(tǒng)進行后續(xù)研究，該系統(tǒng)不僅可以檢測顏色，還可以檢測周圍背景的不同花紋圖案。通過這一點，我們可以開發(fā)出更先進的人工偽裝系統(tǒng)。最后， 實現(xiàn)像真正的變色龍一樣的平滑運動和顏色變化?！?br />

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