Учені з Південної Кореї створили робота-хамелеона, який у реальному часі маскується під навколишнє середовище
Команда дослідників з Південної Кореї була настільки зачарована хамелеонами, що створила робота зі смішними очима, ходою вперевалку і, що найголовніше, шкірою, яка змінює колір за потреби.
«Він ходить і одночасно змінює колір. Тож це начебто повноцінний працюючий хамелеон»
Штучна електронна шкіра миттєво й автоматично регулює свої відтінки, щоб вони відповідали кольорам фону, по якому повзе робот. Винахід, який учені детально описали у статті для Nature Communications, є одним із перших пристроїв, що змінюють колір і візерунки залежно від навколишнього середовища. Це також може допомогти вченим створити нове покоління активного камуфляжного одягу для військових цілей або допомогти дизайнерам створювати стилі одягу, які світяться різними кольорами залежно від найближчого фону.
Окрім різних кольорів, робот може відображати на своїй зовнішній частині кілька заздалегідь запрограмованих малюнків. Шкіра не зовсім відображає найближчий фон, але навіть справжні хамелеони змінюють свої відтінки, щоб не відображати своє оточення, а зливатися з ним. Щоб скопіювати цю здатність, дослідники дали шкірі кілька візерунків на вибір, кожен з яких може вмикатися і вимикатися незалежно. Комбінація цих візерункових плям, смуг і завитків відображає складність більшості фонів для робота, який намагається магічним чином злитися з оточенням і зникнути.
«Не обов'язково ідеально поєднувати фон, оскільки поки він достатньо складний, ми можемо отримати достатньо камуфляжу»
Щоб створити багатокольорову «накидку» робота, дослідники створили шкіру, використовуючи тонку глазур рідкокристалічних чорнил, яка може набувати будь-якого кольору залежно від розташування його молекул. Коли ці частинки збираються у більші спіральні структури, вони можуть відбивати світло певного кольору. Розмір структур визначає відображуваний колір. Більша повторювана композиція дає червонуваті відтінки. Щільніші аранжування відображаються синім кольором.
Рідкі кристали змінюють свою орієнтацію і колір залежно від температури. Дослідники помістили обігрівачі під шкіру штучної ящірки. На нижній частині живота робота встановлено до десяти кольорових датчиків, які відстежують відтінки під ногами пристрою. Датчики передають інформацію про колір назад до блоку керування робота, який запускає обігрівачі, щоб найкращим чином відповідати кольорам і позначкам на підлозі. Пристрій, прихований всередині робота, контролює температуру нагріву, щоб кольори залишалися стабільними.
Готовий робот може підібрати колір навколишнього середовища за пів секунди, пересуваючись підлогою. Дослідники продемонстрували, що робот може ефективно ховатися на тлі листя і квітів — він навіть копіює тигрові смуги, активуючи одразу кілька режимів обігрівача.
Чутливі до температури рідкі кристали не є новинкою, але простота, з якою дослідники використовують їх для створення ефекту хамелеона, вражає. За словами Ченги Сюй, інженера-матеріалознавця зі Стенфорда, попередні дослідження зазвичай демонстрували технології перемикання кольору лише в невеликих пристроях, якими керують люди.
Натомість команда Хонга і Ко повністю прикрасила свою модель хамелеона накидкою, яка сама змінює колір. Сюй заявив, що дослідники добре попрацювали над інтеграцією кількох технологій, таких як визначення кольору і контроль температури, щоб отримати найбільш реалістичного робота-хамелеона: «Це більше схоже на майбутнє автономних пристроїв, що змінюють колір».
За словами Стівена Моріна, хіміка з Університету Небраски-Лінкольна, терморегулювання рідкокристалічного покриття має кілька обмежень. По-перше, шкіру легше нагріти, ніж охолодити, тому вона не може перемикатися з синього на червоний так само швидко, як із червоного на синій.
Крім того, діапазон температур, який використовує робот, досить вузький: від кімнатних 25 градусів за Цельсієм до приблизно 36 градусів, як у людському тілі. Колір шкіри може залежати від навколишнього середовища, особливо в холодну погоду або під прямими сонячними променями в спекотний день. Морін визнає, що відтворити зміну кольору у роботів непросто. Природа змушує це виглядати просто, але час відгуку і довільність візерунків на шкірі хамелеона важко повторити.
Усвідомлюючи всі ці слабкі місця, команда дослідників уже працює над кількома рішеннями. Наприклад, додавання системи охолодження може розширити діапазон температур і прискорити рефлекси робота.
У майбутньому вчені мають намір створити ще одну роботизовану істоту, що змінює колір у тваринному світі — восьминога. Вони запозичать дизайн штучної шкіри у хамелеона, щоб досягти маскування морського мешканця. Однак їхні рухи значно складніші, ніж рухи хамелеона, і в цьому полягає інженерна проблема.
Як Хонг і Ко, Сюй і Морін також раніше працювали над матеріалами, що змінюють колір. Вони використовували різні підходи для імітації того, що у живих тварин досі виходить найкраще. Сюй вважає, що дослідникам у цій галузі ще багато належить дізнатися за допомогою фізіології активно маскуючихся істот. Але це буде нелегкий шлях.
