Ученые из Южной Кореи создали робота-хамелеона, который в реальном времени маскируется под окружающую среду
Команда исследователей из Южной Кореи была настолько очарована хамелеонами, что создала робота со смешными глазами, походкой вразвалку и, что самое главное, кожей, меняющей цвет по мере необходимости.
«Он ходит и одновременно меняет цвет. Так что это это вроде как полноценный рабочий хамелеон»
Искусственная электронная кожа мгновенно и автоматически регулирует свои оттенки, чтобы они соответствовали цветам фона, по которым ползет робот. Изобретение, которое ученые подробно описали в статье для Nature Communications, является одним из первых устройств, меняющих цвет и узоры в зависимости от окружающей среды. Это также может помочь ученым создать новое поколение активной камуфляжной одежды для военных целей или помочь дизайнерам создавать стили одежды, которые светятся разными цветами в зависимости от ближайшего фона.
Помимо разных цветов, робот может отображать на своей внешней части несколько заранее запрограммированных рисунков. Кожа не совсем отражает ближайший фон, но даже настоящие хамелеоны меняют свои оттенки, чтобы не отражать их окружение, а сливаться с ним. Чтобы скопировать эту способность, исследователи дали коже несколько узоров на выбор, каждый из которых может включаться и выключаться независимо. Комбинация этих узорчатых точек, полос и завитушек отражает сложность большинства фонов для робота, который пытается магическим образом слиться с окружением и исчезнуть.
«Необязательно идеально сочетать фон, поскольку пока он достаточно сложен, мы можем получить достаточное количество камуфляжа»
Чтобы создать многоцветную «накидку» робота, исследователи создали кожу, используя тонкую глазурь жидкокристаллических чернил, которая может принимать любой цвет в зависимости от расположения его молекул. Когда эти частицы собираются в более крупные спиральные структуры, они могут отражать свет определенного цвета. Размер структур определяет отображаемый цвет. Более крупная повторяющаяся композиция дает красноватые оттенки. Более плотные аранжировки отображаются синим цветом.
Жидкие кристаллы меняют свою ориентацию и цвет в зависимости от температуры. Исследователи поместили обогреватели под кожу искусственной ящерицы. На нижней части живота робота установлено до десяти цветных датчиков, которые отслеживают оттенки под ногами устройства. Датчики передают информацию о цвете обратно в блок управления робота, который запускает обогреватели, чтобы наилучшим образом соответствовать цветам и меткам на полу. Устройство, спрятанное внутри робота, контролирует температуру нагрева, чтобы цвета оставались стабильными.
Получившийся робот может подобрать цвет окружающей среды за полсекунды, передвигаясь по полу. Исследователи продемонстрировали, что робот может эффективно прятаться на фоне листьев и цветов — он даже копирует тигровые полосы, активируя сразу несколько режимов обогревателя.
Чувствительные к температуре жидкие кристаллы не являются новинкой, но простота, с которой исследователи используют их для создания эффекта хамелеона, впечатляет. По словам Чэнги Сюй, инженера-материаловеда из Стэнфорда, предыдущие исследования обычно демонстрировали технологии переключения цвета только в небольших устройствах, управляемых людьми.
Вместо этого команда Хонга и Ко полностью украсила свою модель хамелеона накидкой, которая сама меняет цвет. Сюй заявил, что исследователи проделали хорошую работу по интеграции нескольких технологий, таких как определение цвета и контроль температуры, чтобы получить самого реалистичного робота-хамелеона: «Это больше похоже на будущее автономных устройств, меняющих цвет».
По словам Стивена Морина, химика из Университета Небраски-Линкольна, терморегулирование жидкокристаллического покрытия имеет несколько ограничений. Во-первых, кожу легче нагреть, чем охладить, поэтому она не может переключаться с синего на красный так же быстро, как с красного на синий.
Кроме того, диапазон температур, используемых роботом, довольно узок: от комнатных 25 градусов по Цельсию до примерно 36 градусов, как у человеческого тела. Цвет кожи может зависеть от окружающей среды, особенно в холодную погоду или под прямыми солнечными лучами в жаркий день. Морин признает, что воспроизвести изменение цвета у роботов непросто. Природа заставляет это выглядеть просто, но время отклика и произвольность узоров на коже хамелеона трудно повторить.
Осознавая все эти слабые места, команда исследователей уже работает над несколькими решениями. Например, добавление системы охлаждения может расширить диапазон температур и ускорить рефлексы робота.
В будущем ученые намерены создать еще одно роботизированное существо, меняющее цвет в животном мире — осьминога. Они позаимствуют дизайн искусственной кожи у хамелеона, чтобы добиться маскировки морского обитателя. Однако их движения намного сложнее, чем движения хамелеона, и в этом заключается инженерная проблема.
Как Хонг и Ко, Сюй и Морин также в прошлом работали над материалами, меняющими цвет. Они использовали разные подходы для имитации того, что у живых животных все еще получается лучше всего. Сюй считает, что исследователям в этой области еще много предстоит узнать с помощью физиологии активно маскирующихся существ. Но это будет непростой путь.
