深圳先进院研制出仿变色龙软体爬行机器人

团队研制出一款变色薄膜,通过调控薄膜暴露在溶剂蒸气中的时间长短,实现不同的颜色变化。该研究还可实现仿变色龙的驱动。研究成果有望在传感、通讯及机器人伪装等方面实现应用。

  8月1日,中国科学院深圳先进技术研究院发布消息称,该院杜学敏团队成功研制出能通过颜色变化进而实现与环境交互,同时还能运动的软体爬行机器人。该研究成果于7月31日在线发表于国际顶级学术期刊《细胞》(Cell)姊妹刊《Matter》上。

深圳先进院研制出仿变色龙软体爬行机器人

变色龙,资料图

  杜学敏博士介绍说,传统的软体驱动器难以兼具变形与变色的多功能特性,而次该团队研发的爬行机器人,可像自然界中的生物一样,自主感知环境变化并及时做出反应。

深圳先进院研制出仿变色龙软体爬行机器人

变色龙皮肤颜色变化显微图,资料图

  变色龙之所以能改变皮肤颜色,源于其身上的结构色。变色龙的皮肤中存在一个个规整排列的纳米颗粒,当皮肤舒张或收缩时,纳米颗粒的间距会发生改变,进而会改变光的反射效果,最终呈现出肉眼可见的颜色变化,这种由于微纳结构与光相互作用产生的颜色,就是所谓的结构色。

  据杜学敏介绍,受变色龙的启发,团队研制出一款变色薄膜。以周期性排布的纳米颗粒为模板,注入特殊材料并固化后,通过移除纳米颗粒模板,进而获得具有周期性纳米孔洞结构的变色薄膜。该薄膜在溶剂氛围中的颜色变化速度可快至0.2秒,并通过调控薄膜暴露在溶剂蒸气中的时间长短,从而实现不同的颜色变化。

深圳先进院研制出仿变色龙软体爬行机器人

蒸汽触发材料快速变色,资料图

  此外,还能在乙醇、丙酮、氯仿等溶剂蒸气中产生各自对应的颜色变化,这种通过特定化学或生物分子等刺激实现变色的技术,未来有望应用于身体健康监查及环境污染监测领域等。

  该项研究的另一大突破在于快速变色的同时,结合可控变形与可控运动的材料,实现了仿变色龙的驱动。通过模仿自然界中蛇和蚯蚓等爬行生物的运动方式,团队设计出了既能变色又能定向爬行的软体机器人,其运动速度达到了0.16cm/s(一分钟可以爬行逾6倍自己身长的距离)。

  杜学敏介绍说,该成果有望在传感、通讯及机器人伪装等方面实现应用。

  据了解,经团队实验表明,该爬行机器人的变色与变形持续逾100个循环后,仍然能保持优良的驱动特性。此外,团队还将此次研发材料设计成风车、花朵等各式复杂形状。

  对于该研究成果的未来应用,杜学敏表示,研究团队目前已将此次研发材料与特种机器人结合,实现了机器人与环境实时交互的功能。未来计划将材料特性与人形机器人相结合,做成机器人的“皮肤”,赋予机器人更拟人的情绪表达。

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