På et øyeblikk kan en blekksprut lage som fillete tang eller koraller ved å endre farge og tekstur på huden, og dermed bli nesten usynlig i omgivelsene. Og i fremtiden kan roboter kanskje også trekke av dette tilsynelatende magiske kamuflasjetrikset.
Forskere har laget en syntetisk form av brennhulehud som kan transformere fra en flat, 2D overflate til en tredimensjonal en med støt og groper, rapporterer de i dag (12. oktober) i tidsskriftet Science. Denne teknologien kan en dag brukes i myke roboter, som vanligvis er dekket i en tøff silikonhud, sier forskerne.
"Kamuflerte roboter kan skjule og beskyttes mot angrep fra dyr og kan komme bedre til rette for dyr for å studere dem i deres naturlige leveområder," Cecilia Laschi, professor i biorobotikk ved BioRobotics Institute ved Sant'Anna School of Advanced Studies, i Pisa, Italia , skrev i en tilhørende artikkel i den nåværende utgaven av Science. "Selvfølgelig kan kamuflasje også støtte militære applikasjoner, der å redusere synligheten av en robot gir den fordeler med å få tilgang til farlige områder," skrev Laschi, som ikke var involvert i den aktuelle studien.
Kvisete hud
Forskerne, ledet av James Pikul fra University of Pennsylvania og Robert Shepherd fra Cornell University, hentet inspirasjon fra 3D-støt, eller papiller, som blekksprut og blekksprut kan blåse opp ved hjelp av muskelenheter på en femtedel av et sekund for kamuflering.
Komplementet med papiller i en myk robot vil være luftlommene, eller "ballonger", under silikonhuden. Ofte blir disse lommene oppblåst til forskjellige tider på forskjellige steder for å generere bevegelse i en robot. I den nye forskningen ble denne robotinflasjonen tatt et skritt videre.
"Basert på disse tingene de kan gjøre, og hva vår teknologi ikke kan gjøre, hvordan overbryter vi gapet for å ha teknologiske løsninger på deres ganske fantastiske evner?" var det sentrale spørsmålet stilt av Shepherd.
"I dette tilfellet er det en ganske mulig løsning å blåse opp en ballong," la han til.
Ved å legge ned små fibernettkuler i silikonet, kunne forskerne kontrollere og forme strukturen på den oppblåste overflaten, akkurat som en blekksprut kan gjenfortette huden.
Pikul, den gang en postdoktorand ved Cornell University, kom på ideen om å strukturere disse luftlommene via mønstre av fibernettringene. Han ble trukket til ideen om å blåse opp silikon på grunn av hvor rask og reversibel inflasjonen kunne være, forklarte Pikul til Live Science. Derfra var det bare å finne ut de matematiske modellene for å få det til å fungere.
Bevis for konsept
Den nåværende prototypen for de strukturerte skinnene ser ganske rudimentær ut: Ved å dele opp silikonboblene med konsentriske sirkler av fibernettrammer, fant forskerne ut hvordan de kunne kontrollere formen på silikonet mens det blåste opp. De klarte å blåse opp boblene i noen nye former ved å forsterke nettet, ifølge papiret. For eksempel skapte de strukturer som etterlignet avrundede steiner i en elv og en saftig plante (Graptoveria amethorum) med blader ordnet i et spiralmønster.
Men raffinement var ikke deres viktigste mål, bemerket Shepherd.
"Vi ønsker ikke at dette skal være en teknologi som bare noen få mennesker i verden kan bruke; vi vil at det skal være ganske enkelt å gjøre," sa Shepherd til Live Science. Han ønsket at teksturteknologien, som bygde på teamets tidligere funn om hvordan man lager fargeskiftende silikonskinn, skal være tilgjengelig for både industri, akademia og hobbyfag. Derfor brukte teamet bevisst begrensningsteknologier som laserskjærere for å produsere trådringene fordi det er det folk utenfor et Cornell University-laboratorium kunne bruke.
Itai Cohen, en fysikkprofessor ved Cornell, som også arbeidet med forskningen, bemerket et annet tilgjengelig aspekt av teknologien. På en utflukt til marken ser Cohen for seg stabling av ark med tømmet silikon - programmert til å blåse opp i en kamuflerende tekstur - på baksiden av ens lastebil. "Nå kan du blåse den opp slik at den ikke trenger å være i den permanente formen, som virkelig er vanskelig å transportere," sa Cohen til Live Science. Etter hvert som teknologien utvikler seg, kan man til og med være i stand til å skanne et miljø og programmere det tilsvarende silikonarket akkurat der og der for å etterligne det, spekulerte Cohen.
Både Pikul og Shepherd planlegger å bruke denne teknologien i sine egne laboratorier. Shepherd forklarte at siden han utviklet teknologien, begynte han å erstatte inflasjonen med elektriske strømmer som kan forårsake den samme strukturen - ikke noe tether og trykkluftsystem kreves. Og Pikul håper å anvende lærdommen fra å manipulere overflater av materialer på ting der overflatearealet spiller en viktig rolle, som batterier eller kjølevæsker, sa han.
"Vi er fremdeles veldig i den utforskende fasen av myk robotikk," sa Shepherd. Fordi de fleste maskiner er bygd opp av harde metaller og plast, har konvensjonene og beste bruken av myke roboter ennå ikke blitt utfylt. "Vi er bare i begynnelsen, og vi har gode resultater," sa han, men nøkkelen er, "i fremtiden, noe som gjør det lettere for andre mennesker å bruke teknologien og sørge for at disse systemene er pålitelige."
Studien ble finansiert av U.S. Army Research Laboratory's Army Research Office.
