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就靠這款新皮膚,機器人未來可以在你眼皮底下隱身


- 2017年11月07日17時53分
- 科學文摘 / 36氪

36氪

就靠這款新皮膚,機器人未來可以在你眼皮底下隱身圖片

如果最中間凸起的部分是一款機器人皮膚而非石頭,你會不會感到一絲驚訝?

可伸縮材料在生產生活中的應用越來越廣泛,但是我們好像還無法控制比氣球膨脹更複雜的材料變形。


但在自然界中,有些物種卻做得很好,比如很多頭足類動物(比如海里的軟氏三雄:章魚、墨魚與魷魚)就可以以毫秒為單位讓皮膚產生分層,藉此來達到偽裝的目的。

受頭足類動物肌肉形態和皮膚結構的啟發,康奈爾大學的研究人員最近開發了一款能讓機器人實現隱身的新「皮膚」,其皮膚紋理可以與背景環境完美融合。不過目前這套「皮膚」紋理現在還只能按照研究人員提前設定的圖案顯示,比如凸起的岩石或者類似捲心菜的多肉植物等。

就靠這款新皮膚,機器人未來可以在你眼皮底下隱身圖片

充氣版多肉捲心菜

圖片來源:Video by J.H. Pikul et al., Science (2017)

具體來說,研究人員的靈感來自章魚,這種粘稠的生物簡直就是機器人工程師創新的繆斯,因為章魚是自然界名副其實的偽裝大師。其中,一些種類的章魚可以改變膚色,還有一些可以通過控制小肌肉群來快速改變皮膚紋理(形成隆起或褶皺)。


基於對章魚的觀察,研究團隊成員Pikul等人將矽樹脂倒入模具,形成與皮膚類似的材質,之後在上面一層放置了一個固定長度的纖維網用來模擬肌肉組織。接著他們按照設定好的圖案用雷射切割網格(清除網狀物以添加矽膠),並在上面澆築更多的有機彈性矽膠,之後整個東西變干並形成三明治結構。

簡單來理解這個三明治結構的話,從下到上材料依次是:矽樹脂、彈性矽膠和纖維網。纖維網作為局部結締組織起到纖維增強的作用,向中心軸提供力並控制3D形狀。而彈性矽膠作為可伸展的軟組織,可以垂直於合成皮膚表面伸縮。

就靠這款新皮膚,機器人未來可以在你眼皮底下隱身圖片

黑色部分是嵌入式網格,透明區域是被切割的位置,讓矽樹脂可以自由地膨脹。


圖片來源:Video by J.H. Pikul et al., Science (2017)

當研究人員向合成皮膚充氣時,它可以從二維(2D)可伸縮表面轉換為3D形狀,並膨脹到其目標形狀的10%那麼大。

然後,研究人員將纖維網刷成了灰色,並按照石頭的圖案把多餘的網狀物切除,之後將矽膠注入進模型中,得到了一塊類似 「岩石」的皮膚。
他們還畫出了一個綠色的植物圖案,看起來就像一個捲心菜的多肉。

目前,這款皮膚存在的局限是研究人員必須預先規劃好他們想要的物體模型,這在某種程度上限制了機器人的隱身能力。但研究團隊在他們論文的最後寫道:「未來或許可以通過向上或向下撥動網格模型的剛度來改變圖案,繼而改變矽樹脂的形狀。」

有了這套皮膚,下一代的軟體機器人可以在2D與3D間輕鬆切換。未來,類似這種可以根據設定的圖案進行偽裝的「皮膚」可用於機器人隱身,也可以用來窺探動物行為以開展學術研究,或者用於隱秘的軍事偵查等。


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