上周，一條#韓國研發成功變色龍軟體機器人#的話題突然登上微博熱搜，引起眾多網友的好奇。這個機器人到底什麼來頭？這玩意兒是怎麼實現的？別著急，我們來捋一捋。這個機器人由韓國首爾國立大學開發，當它爬過不同顏色的背景時，身體顏色就會隨着背景顏色而發生相應的改變。研究者稱這項研究成果可以應用于軍事、建築、時尚等各類領域。
自然界中，變色龍可以完美的將自己隱藏在環境中，然而想要將這一能力複製到人造物品上則極為困難。研究者利用熱致變色材料製成該變色龍機器人的皮膚，並在下層布置了加熱網格，通過產生不同的熱量來控制表面皮膚顏色的變化，實現與環境顏色的匹配，成功地造出了一隻變色龍機器人。
這項研究於8月10日發表在《自然通訊（Nature Communications）》上，論文題目為《具有人工隱型和破壞性有色皮膚的仿生變色龍軟體機器人（Biomimetic chameleon soft robot with artificial crypsis and disruptive coloration skin）》。
01.
變色龍能力讓科學家嚮往
複製到人造物體上是難題
在自然界中，許多物種都可以改變它們的外觀以防止捕食者看到它們。變色龍可能是最出名的例子，它可以跟隨周邊的自然環境而改變皮膚顏色，從而將自己完美的隱藏在自然環境中。科學家們一直希望能夠將這一能力複製到人造物品上來，實現人工偽裝。
然而，要讓人造物品實現這一能力，一方面需要能夠讓人造物品表達出足夠多的顏色，另一方面還要能夠按照需求來控制表達出來的顏色。這要實現起來極為複雜，困擾了研究人員多年。
而這次，韓國首爾國立大學的研究人員成功地找到了實現這一目標的方法，製造出來了一隻人造軟體機器人變色龍，身體顏色可以跟隨環境顏色變化產生相應的變化。
研究人員發布了一段變色龍機器人在紅綠藍三色面板上爬過的視頻，展示了機器人根據需要改變自身顏色的能力。
研究者稱，人工偽裝是軍隊中的一項重要技術，在軍事方面有着廣泛用途。另外，建築、藝術、時尚以及戶外運動裝備等各領域都對這項技術有着廣泛的關注。
02.
研究者製成變色皮膚
控制溫度改變機器人顏色
那麼研究者是怎麼實現讓機器人跟隨環境的變化而改變自身的顏色的呢？這其中主要用到了熱致變色液晶（thermochromic liquid crystal ，TLC）材料，通過控制溫度，實現機器人顏色的改變。
研究人員將TLC墨水層與垂直堆疊的、有圖案的銀（Ag）納米線（NW）加熱器集成在多層皮膚結構中，通過加熱器溫度的變化來控制顏色的變化。
具體而言，研究人員選擇TLC墨水層作為變色龍機器人的第一層皮膚，然後利用Ag NW網格加熱器製成變色龍的第二層皮膚，通過這層皮膚來控制溫度的變化。
接下來，研究人員給他們創造的變色龍機器人裝上了這兩層皮膚。並且，他們還在機器人的腹部添加了顏色傳感器，使其在向前爬行的同時能夠用腹部識別所爬過的表面的顏色。
傳感器接收到信息后，會將信號傳輸給第二層皮膚，使其根據需要變換溫度，這樣就能夠使變色龍機器人表面皮膚的顏色發生相應的變化。
TLC受熱會使其內部的顆粒形成螺旋結構，反射出特定波長的光，而不同的熱量會使螺旋結構呈現出不同的尺寸，反射出的光的波長也會有所不同，使其顯示出各種顏色。
TLC已經被公認為人工偽裝應用的潛在應用對象，它對溫度變化極為敏感，這使它不能有效地適應各種外部環境。但是一旦能夠精準控制溫度，就可以讓它靈敏地變換出所需要的顏色，並且運行中的功耗也會很低。
利用Ag NW製成的加熱器很好的解決了精準控制溫度這一個難題，讓TLC用於變色龍機器人的皮膚成為了現實。研究人員還發現Ag NW加熱器不僅可以實現準確的溫度控制，還可以通過不同的途徑表達出比較精細的圖案。
▲變色龍機器人變色原理示意圖
03.
識別並展示更精細圖案仍是難題
這項研究中，通過堆疊多層Ag NW加熱器可以使不同區域產生不同的溫度變化，反映在最外層的TLC層上就是不同顏色的出現。
與之前的方法相比，這種方法讓變色龍機器人表面的顏色過度更加連續，能夠實現更加自然的偽裝，並且該方法可以大大降低整體系統的複雜性。
不過目前該變色龍機器人還缺乏適當的模式識別算法，來識別並展示更加精細的圖案。
想要做到這一點，必須讓機器人能夠處理獲取到的高分辨率的視覺信息，並將其轉化為調節多層加熱器的輸入信號。
這一問題涉及到多個方面，如機器人的移動速度、加熱器的數量和加熱模式、顏色和圖案傳感單元的數量及排列方式等。研究者稱，在接下來的研究中，將與不同背景的專業人士合作，包括信號處理和數據驅動科學領域的專家來共同解決這一問題。
04.
結語：變色龍機器人離實際應用尚較遠
自然界中存在多種偽裝技巧，比如變色龍可以改變自身顏色和環境融為一體，竹節蟲、枯葉蝶等將自己偽裝成大自然中隨處可見的枝條、枯葉。人類從大自然的這種鬼斧神工中獲取了眾多靈感，許多偽裝技巧在軍事中已經得到了廣泛應用。
變色龍這種調節自身顏色來實現偽裝的能力一直被科學家們嚮往，但是複製到人造物品上仍是一件困難的事。現在，首爾國立大學的研究人員將這種能力初步變為了現實。
不過該研究中的機器人仍需要拖着電線才能行動，另外還不能識別並顯示更加精細的圖案，想要將這一機器人用於更加複雜的場景中，仍有很長的路要走。
來源：Nature Communications