【机器人隐身术】3D切换2D软体机器人伪装皮肤,灵感来自章鱼

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【机器人隐身术】3D切换2D软体机器人伪装皮肤,灵感来自章鱼

可伸缩材料在生产生活中的应用越来越广泛,但是我们好像还无法控制比气球膨胀更複杂的材料变形。

但在自然界中,有些物种却做得很好,比如很多头足类动物就可以以毫秒为单位让皮肤产生分层,藉此来达到伪装的目的。

受头足类动物肌肉形态和皮肤结构的启发, 康乃尔大学的研究人员 最近开发了一款能让机器人实现隐身的新「皮肤」,其皮肤纹理可以与背景环境完美融合。不过目前这套「皮肤」纹理现在还只能按照研究人员提前设定的图案显示,比如凸起的岩石或者类似高丽菜的多肉植物等。

具体来说,研究人员的灵感来自章鱼,这种粘稠的生物简直就是机器人工程师创新的缪斯,因为章鱼是自然界名副其实的伪装大师。其中,一些种类的章鱼可以改变肤色,还有一些可以透过控制小肌肉群来快速改变皮肤纹理。

基于对章鱼的观察,研究团队成员 Pikul 等人将硅树脂倒入模具,形成与皮肤类似的材质,之后在上面一层放置了一个固定长度的纤维网用来模拟肌肉组织。接着他们按照设定好的图案用雷射切割网格,并在上面浇筑更多的有机弹性硅胶,之后整个东西变乾并形成三明治结构。

简单来理解这个三明治结构的话,从下到上材料依次是:硅树脂、弹性硅胶和纤维网。纤维网作为局部结缔组织起到纤维增强的作用,向中心轴提供力并控制 3D 形状。而弹性硅胶作为可伸展的软组织,可以垂直于合成皮肤表面伸缩。

当研究人员向合成皮肤充气时,它可以从二维可伸缩表面转换为 3D 形状,并膨胀到其目标形状的 10%那幺大。

然后,研究人员将纤维网刷成了灰色,并按照石头的图案把多余的网状物切除,之后将硅胶注入进模型中,得到了一块类似「岩石」的皮肤。他们还画出了一个绿色的植物图案,看起来就像一个高丽菜的多肉。

目前,这款皮肤存在的局限是研究人员必须预先规划好他们想要的物体模型,这在某种程度上限制了机器人的隐身能力。但研究团队在他们论文的最后写道:“未来或许可以透过向上或向下拨动网格模型的刚度来改变图案,继而改变硅树脂的形状。”

有了这套皮肤,下一代的软体机器人可以在 2D 与 3D 间轻鬆切换。未来,类似这种可以根据设定的图案进行伪装的「皮肤」可用于机器人隐身,也可以用来窥探动物行为以开展学术研究,或者用于隐秘的军事侦查等。


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