Science：披上這層可伸縮材料 機器人秒變偽裝大師

美國康奈爾大學的科學家為軟體機器人開發了一種可變形3D硅膠皮膚，通過預設顏色和紋理進行偽裝，與周圍環境融為一體。科學家從章魚的偽裝方式中獲得啟發，在硅膠皮膚中放置可模擬肌肉活動的纖維網，並用激光雕刻出預設圖案，膨脹時變為3D形狀。但需要預設圖案是其限制之處，研究人員仍在進行改進。未來這種偽裝皮膚可以用來隱藏機器人，用於野外拍攝動物或幫助士兵偽裝。

Robert Shepherd（來源：Cornell University）

可伸縮材料的技術越來越普及，但科學家們一直無法精確快速地控制材料執行複雜的伸展動作。章魚和墨魚是公認的自然界偽裝大師，它們可以在毫秒之間向肌肉和皮膚投射各種結構和紋理偽裝，與環境「無縫」融合，甚至能與周邊的岩石或珊瑚無異。受到自然界偽裝高手的啟發，康奈爾大學的Robert Shepherd團隊開發了一種可以被程序控制實現伸縮的人造偽裝材料。利用該材料製成的3D皮膚可以通過預設顏色和紋理進行偽裝，讓機器人與周圍環境融為一體。

發黃光的人造皮膚（來源：Cornell University）

這種可伸縮材料包括五層。其核心為硅樹脂（silicone）電致發光層，包含有硫化鋅（ZnS）磷光體粉末，根據磷光體組分不同通電後會發出不同的顏色。例如，少量銅摻雜會亮藍光或綠光，錳摻雜則亮黃光。核心層被夾在兩層彈性離子水凝膠之間，這種水凝膠作為電極向核心層供電。彈性離子水凝膠由溶脹於氯化鋰水溶液的聚丙烯醯胺製備而成，其中鹽提供了導電性，而透明的聚丙烯醯胺則提供了韌性。這種材料最先由哈佛大學的科學家George M. Whitesides和Zhigang Suo於2013年報道（Science, 341, 984-987）。這個三明治式的結構，又被夾在兩層外圍硅樹脂層之間，形成最終的五層結構。Shepherd表示，將親水性水凝膠粘合到疏水性硅樹脂上是非常有挑戰性的工作。最終，他們利用臭氧打斷硅樹脂表面的Si-O鍵，創造出表面羥基，才完成了這一挑戰。這種改性表面使得硅樹脂層與水凝膠層之間具有良好的附著力。

偽裝皮膚仿生形狀轉換（來源：Science）

Shepherd團隊借鑒了頭足綱動物的偽裝技術把這種材料製成可控動態偽裝皮膚。頭足綱動物偽裝技術的秘密在於其表皮的大量三維塊狀突起（papillae）。在五分之一秒之內，這些突起就能突出或縮回，而且整個過程是可逆的。這種軟體動物身上的突起（「肌肉性靜水骨骼」）是一種只有肌肉不含骨骼的生物結構。在烏賊的大腦至少控制了有九個突起系統。每個突起系統都能在從二維平面連貫地變為圓錐或三角等許多形狀。最終形狀由靜水骨骼中的肌肉來決定。在辨識了頭足綱動物突起系統的結構、功能以及生物力學特性後，Shepherd團隊研發了可變形 3D 硅膠皮膚。為了儘可能讓人造組織與天然動物的相似，團隊在皮膚中放置了可模擬肌肉活動的纖維網。另外，計算機演算法使用激光來檢測結構的 3D 圖案變化，從而保證最終的皮膚圖形能夠達到預設目標。

論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/358/6360/210

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