I en blixt kan en bläckfisk göra som trasig kantad tång eller korall genom att ändra hudens färg och textur, och därmed bli nästan osynlig i sin miljö. Och i framtiden kanske robotar också kan dra av detta till synes magiska kamouflagetrick.
Forskare har skapat en syntetisk form av bläckfiskhud som kan förvandlas från en plan, 2D-yta till en tredimensionell en med bulor och gropar, rapporterar de idag (12 oktober) i tidskriften Science. Denna teknik kan en dag användas i mjuka robotar, som vanligtvis täcks i en stretchig silikon "hud", säger forskarna.
"Kamouflerade robotar kan gömma sig och skyddas mot djurattacker och kan bättre närma sig djur för att studera dem i deras naturliga livsmiljöer," Cecilia Laschi, professor i biorobotik vid BioRobotics Institute i Sant'Anna School of Advanced Studies, i Pisa, Italien , skrev i en bifogad artikel i den aktuella numret av Science. "Naturligtvis kan kamouflage också stödja militära applikationer, där att minska robotens synlighet ger den fördelar med att komma åt farliga områden," skrev Laschi, som inte var inblandad i den aktuella studien.
Ojämn hud
Forskarna, ledda av James Pikul från University of Pennsylvania och Robert Shepherd från Cornell University, tog inspiration från 3D-bulorna, eller papiller, att bläckfisk och bläckfisk kan blåsa upp med muskelenheter på en femtedel av en sekund för kamouflering.
Komplementet med papiller i en mjuk robot skulle vara luftfickorna eller "ballonger" under silikonhuden. Ofta blir dessa fickor uppblåsta vid olika tidpunkter på olika ställen för att generera rörelse i en robot. I den nya forskningen togs denna robotinflation ett steg längre.
"Baserat på dessa saker de kan göra och vad vår teknik inte kan göra, hur överbryggar vi gapet för att ha tekniska lösningar på deras ganska fantastiska förmågor?" var den centrala frågan som ställs av Shepherd.
"I det här fallet är det en ganska genomförbar lösning att blåsa upp en ballong", tillade han.
Genom att bädda in små fibernätsfärer i silikonen, kunde forskarna kontrollera och forma strukturen på den uppblåsta ytan, precis som en bläckfisk kan återförtäcka huden.
Pikul, då en postdoktorand vid Cornell University, kom på idén att strukturera dessa luftfickor via mönster av fibernät-ringarna. Han drogs till idén att blåsa upp silikon på grund av hur snabb och vändbar inflationen kunde vara, förklarade Pikul till Live Science. Därifrån handlade det bara om att räkna ut de matematiska modellerna för att det skulle fungera.
Bevis på koncept
Den nuvarande prototypen för texturerade skinn ser ganska rudimentär ut: Genom att dela upp silikonbubblorna med koncentriska cirklar av fibernätsramar, såg forskarna ut hur man kontrollerar formen på silikonen när den blåste upp. De lyckades blåsa upp bubblorna i några nya former genom att förstärka nätet, enligt tidningen. Till exempel skapade de strukturer som efterliknade rundade stenar i en flod och en saftig växt (Graptoveria amethorum) med blad ordnade i ett spiralmönster.
Men sofistikeringen var inte deras främsta mål, konstaterade Shepherd.
"Vi vill inte att det ska vara en teknik som bara ett fåtal människor i världen kan använda; vi vill att det ska vara ganska enkelt att göra," sa Shepherd till Live Science. Han ville att textureringstekniken, som bygger på teamets tidigare resultat om hur man kan göra färgskiftande silikonskinn, ska vara tillgänglig för både industrin, akademin och hobbyister. Därför använde teamet medvetet begränsande tekniker som laserskärare för att tillverka trådringar eftersom det är vad människor utanför ett Cornell University-laboratorium kunde använda.
Itai Cohen, en fysikprofessor vid Cornell, som också arbetade med forskningen, noterade en annan tillgänglig aspekt av tekniken. Vid en utflykt in i fältet föreställer Cohen staplingsark av avluftad silikon - programmerad för att blåsa upp i en kamouflagande struktur - på baksidan av ens lastbil. "Nu kan du blåsa upp det så att det inte behöver vara i den permanenta formen, vilket verkligen är svårt att transportera," sa Cohen till Live Science. När tekniken utvecklas kan man till och med kunna skanna en miljö och sedan programmera motsvarande silikonark just då och där för att härma den, spekulerade Cohen.
Både Pikul och Shepherd planerar att driva denna teknik i sina respektive laboratorier. Shepherd förklarade att sedan han utvecklade tekniken började han byta ut inflationen med elektriska strömmar som kan orsaka samma texturering - ingen tether och tryckluftssystem krävs. Och Pikul hoppas kunna tillämpa lärdomarna från att manipulera materialytorna till saker där ytan spelar en viktig roll, som batterier eller kylvätskor, sade han.
"Vi är fortfarande mycket i den utforskande fasen av mjuk robotik," sa Shepherd. Eftersom de flesta maskiner består av hårda metaller och plast, har konventionerna och bästa användningen av mjuka robotar ännu inte fullföljts. "Vi är bara i början, och vi har fantastiska resultat," sade han, men nyckeln är "i framtiden, vilket gör det lättare för andra människor att använda tekniken och se till att dessa system är pålitliga."
Studien finansierades av U.S. Army Research Laboratory: s Army Research Office.
