韓國研發“變色龍”機器人

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韓國研發“變色龍”機器人, 論文表示,人造僞裝的原理是模仿生存環境中的天然僞裝,人們已經在許多物種中發現了這種天然僞裝,如變色龍等。目前,人工僞裝,尤其是軟體機器人電子皮膚,成爲最近技術發展的重要課題。

韓國研發“變色龍”機器人1

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爲靈感的軟體機器人,它能根據背景實時變色。作者稱此研究可用於軍事、建築、時尚等領域。

韓國研發“變色龍”機器人

變色龍機器人變色展示

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,論文標題爲《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),通訊作者爲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’僞裝軍服。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,人造僞裝的原理是模仿生存環境中的天然僞裝,人們已經在許多物種中發現了這種天然僞裝,如變色龍等。目前,人工僞裝,尤其是軟體機器人電子皮膚,成爲最近技術發展的重要課題。

一般認爲,僞裝的基本原則是與背景相似以及具有干擾性的着色。自然界的主動僞裝主要依賴於動物肌肉細胞的機械作用,而人工僞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,迄今爲止,在可見光範圍(400-700 nm 波長)的實用人工僞裝的主導技術尚未完全建立。

由於最直接的僞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僞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,它作爲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。此外,將單元設備集成到一個完整的人工僞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(他們將該技術縮寫爲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僞裝應用的潛在候選者,其對溫度變化較爲敏感,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。

韓國研發“變色龍”機器人 第2張

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,變色龍表現爲黑色,但激活加熱器達到工作溫度範圍時,可以觀察到鮮豔的顏色。

韓國研發“變色龍”機器人 第3張

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,作者認爲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。”

韓國研發“變色龍”機器人 第4張

隱匿僞裝模式的有效性: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,我們計劃對基於人工智能的傳感系統進行後續研究,該系統不僅可以檢測顏色,還可以檢測周圍背景的不同花紋圖案。通過這一點,我們可以開發出更先進的人工僞裝系統。最後, 實現像真正的變色龍一樣的平滑運動和顏色變化。”

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人們常說“眼見爲實”,但有時候事實並不是我們所看到的那樣。利用物質材料來控制光的傳播,使光能按照人們的意願行走,是當今光學研究領域的熱點,其中一種應用就是 “光學隱身” 。現在讓我們看看光學隱身技術究竟有哪些呢!

學習自然界的保護色

自然界中有很多動物,身體的顏色與周圍環境很相似,這叫做

保護色

這種保護色能幫助它們

隱藏行蹤, 躲避天敵

,使它們在這個弱肉強食的世界裏擁有自己的一席之地。 其實這就是一種很有效的隱身技術。受此啓發,人們發明了

迷彩服

。當士兵們穿上這種衣服在自然環境中行軍作戰時,由於衣服與環境色彩相近,不會輕易被敵方發現,從而達到保護自己的目的。

韓國研發“變色龍”機器人 第5張

動物的保護色

減少反射信號

我們之所以能看到物體, 是因爲載有物體信息的光信號到達了我們的眼睛。 減少物體的反射信號也是一種隱身技術。

在現代戰爭中,雷達就是人的眼睛,它能看到電磁波(光也是電磁波) 。如何有效地減少軍事目標的反射信號,

讓雷達 “看不見”

,也早已成了各國競相投資研發的焦點。第一代隱形飛機,如 F-117 “夜鷹” 隱形戰術轟炸機,它的機身被設計成折面結構,使得入射的電磁波信號無法原路返回。這樣雷達就接收不到反射信號,無法探測飛機的信息,從而實現了飛機的隱身。

光線在看不見的“球”中的傳播

從幻想變爲現實的隱身衣

“看不見” 的球能使自己隱身,其實有的東西除了能使自己不被看見, 還能讓藏在它裏面的東西不被發現。“哈利 · 波特” 系列小說中就有神奇的隱身衣,主人公穿上它可以隱蔽行蹤。

而在現實中, 科學家們確實設計出了具有隱身功能的 “衣服” ,被隱身衣包裹的物體可以避免被外界觀察到。是什麼原因使這件衣服能夠具有這種功能呢?

原來,隱身衣是根據變換光學的方法精心設計的。它的每個地方的光學性質都是不同的,就像沙漠中能夠產生海市蜃樓現象的空氣層一樣。當光照到它時,它會慢慢地偏折光的傳播方向,然後再逐漸扳回光的傳播方向。當光離開隱身衣的時候,它的傳播方向就和來時一樣,而且光也沒有損耗。

各項同性材料隱身衣的原理

對於外界的觀察者來說, 光線好像是沿直線傳播過來的, 給人的感覺就是看不到隱身衣和它裏面的物體。

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