隱身技術實現重大飛躍韓國研發成功變色龍軟體機器人

來自韓國首爾大學和漢陽大學的研究團隊研發了一種以變色龍為靈感的軟體機器人，它能根據背景實時變色。作者稱此研究可用于軍事、建築、時尚等領域。該研究論文於北京時間8月10日23時發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着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。”高承煥向澎湃新聞記者介紹道，“其他應用包括汽車、服裝或建築物的背景主動自適應，主要用於‘裝飾’或‘美學’目的。你可以想象一種布料會根據你的口味或環境改變顏色和圖案。

此外，這種改變顏色和圖案的變色龍可用於未來靈活、可穿戴的顯示器。”論文表示，人造偽裝的原理是模仿生存環境中的天然偽裝，人們已經在許多物種中發現了這種天然偽裝，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着色。自然界的主動偽裝主要依賴於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，因此可採用更加多樣的策略。

不過，迄今為止，在可見光範圍（400-700 nm 波長）的實用人工偽裝的主導技術尚未完全建立。由於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，並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，尤其是用於穿戴的設備，它作為可附着貼片需要輕鬆覆蓋目標的身體，並與環境條件和穿戴者的運動兼容，同時要維持內部結構。

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，十分複雜。此項工作中，研究人員使用了一種開發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，製造出了“人造變色龍皮膚”並應用於一個軟體機器人上，形成變色龍機器人。

熱致變色液晶的可調諧着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，這是對外部環境變化的熱穩定性不利的特徵。不過，一旦能夠精準控制溫度，它就能靈敏反應，低能耗運行。銀納米線網絡加熱器不僅可以實現準確的溫度控制，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,銀納米線網絡加熱器通過加熱機制產生熱量

d,銀EDS圖像橫截面的SEM圖像

e,CIE 1931 ATACS色度圖

f,ATACS的着色性能取決於各種直流電壓

作者的演示表明，該變色龍機器人能探測局部背景顏色，並根據周圍環境進行實時變色。當表面溫度處於環境溫度時，變色龍表現為黑色，但激活加熱器達到工作溫度範圍時，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。”“第二，可靠、穩定的顏色控制（即使環境溫度發生變化，也能保持目標顏色）。早期的變色龍模型顯示，隨着環境溫度改變，變色龍的顏色會發生不必要的變化。藉助於反饋控制系統，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。”今後仍需開展進一步研究，實現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據驅動科學領域的技術進步得以實現。關於研究的下一步工作，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。“你可能注意到現在機器人仍然有電源線。我們想要去除電線，製造一個完全自主工作的變色龍機器人。”