韓国の研究者、周囲の環境にリアルタイムで溶け込むカメレオン型ロボットを開発
韓国の研究チームはカメレオンに強く魅了され、おかしな目、よちよち歩き、そして何より必要に応じて色が変わる皮膚を備えたロボットを作り上げた。
「このロボットは歩きながら同時に色を変える。つまり、これはほぼ本物の働くカメレオンと言えるだろう」
人工の電子皮膚は、ロボットが這う背景の色に合わせて、色合いを瞬時かつ自動的に調整する。研究者らはNature Communicationsの論文でこの発明を詳しく説明しており、周囲の環境に応じて色や模様を変える最初期の装置の一つだという。これは軍事用の次世代アクティブカモフラージュ衣服の開発や、近くの背景に応じて異なる色で光る衣装のデザインにも役立つ可能性がある。
色だけでなく、ロボットは外側に事前にプログラムされたいくつかの模様を表示することもできる。皮膚は近くの背景をそのまま反映するわけではないが、本物のカメレオンでさえ、周囲を映すのではなく、周囲に溶け込むために色合いを変える。この能力を再現するため、研究者らは皮膚に複数の模様を選択肢として持たせ、それぞれを独立してオン・オフできるようにした。点、縞、渦巻きが組み合わさったこの模様は、ロボットが背景に魔法のように溶け込み姿を消そうとする際の、多くの背景の複雑さを反映している。
「背景と完璧に一致させる必要はない。背景が十分に複雑であれば、十分なカモフラージュ効果が得られるからだ」
ロボットの多色の「マント」を作るため、研究者らは液晶インクの薄いグレーズを使って皮膚を作った。このインクは分子の配列によって任意の色を示すことができる。これらの粒子が大きならせん構造に集まると、特定の色の光を反射する。構造の大きさが表示される色を決める。大きく繰り返される構成は赤みがかった色合いを生み、より密な配列は青色で表示される。
液晶は温度によって向きと色が変わる。研究者らは人工トカゲの皮膚の下にヒーターを配置した。ロボットの腹部下面には最大10個のカラーセンサーが取り付けられ、装置の足元の色合いを監視する。センサーは色の情報をロボットの制御ユニットに送り返し、制御ユニットは床の色や模様に最も合うようにヒーターを作動させる。ロボットの内部に収められた装置が加熱の温度を制御し、色が安定して保たれるようにする。
完成したロボットは、床の上を移動しながら周囲の色を0.5秒で捉えることができる。研究者らは、ロボットが葉や花の上で効果的に隠れられることを実証した。さらに、複数のヒーターモードを同時に起動することで、トラの縞模様まで再現できるという。
温度に反応する液晶は新しいものではないが、研究者らがそれをカメレオン効果の生成に用いる手法の単純さには目を見張るものがある。スタンフォード大学の材料工学者、チェンギ・シュー氏によれば、これまでの研究では色切り替え技術は主に人が操作する小型装置でしか示されてこなかったという。
代わりに、ホンとコの研究チームは、自ら色を変えるマントでカメレオンのモデルを完全に覆った。シュー氏は、研究者らが色の検出や温度制御など複数の技術をうまく統合し、最も現実的なカメレオン型ロボットを実現したと述べ、「色を変える自律型デバイスの未来に近づいている」と語った。
ネブラスカ大学リンカーン校の化学者、スティーブン・モリン氏によれば、液晶コーティングの温度調節にはいくつかの制約がある。まず、皮膚は冷やすより温める方が容易であり、そのため青から赤への切り替えは、赤から青への切り替えほど速くはできない。
さらに、ロボットが使用する温度範囲は非常に狭く、室温の25度から人間の体温に近い約36度までに限られている。皮膚の色は、特に寒い天候や暑い日の直射日光の下では環境によって左右される可能性がある。モリン氏は、ロボットの色変化を再現することが容易ではないことを認めている。自然はそれを簡単に見せているが、カメレオンの応答時間や皮膚の模様の不規則さは再現が難しい。
研究チームはこれらの弱点をすべて認識しており、すでにいくつかの解決策に取り組んでいる。例えば、冷却システムを追加すれば、温度範囲を広げ、ロボットの反応速度を高めることができるかもしれない。
将来、科学者たちは動物界で色を変えるもう一つのロボット生物、タコを作ることを目指している。海洋生物のカモフラージュを実現するため、カメレオンの人工皮膚の設計を借用する計画だ。ただし、タコの動きはカメレオンよりはるかに複雑であり、そこに工学的な課題がある。
ホンとコと同様に、シューとモリンも過去に色を変える素材の研究に取り組んできた。彼らは生きた動物がまだ最も優れている能力を模倣するため、異なるアプローチを用いた。シュー氏は、この分野の研究者は、activelyにカモフラージュする生物の生理学から学ぶべきことがまだ多く残っていると考えている。しかし、その道のりは容易ではないだろう。
