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深圳科学家研制出仿变色龙软体机器人

2019-08-06 10:29      点击:
(全媒体记者王纳 通讯员严偲偲摄影报道)变色龙是自然界中一种奇特的动物,为了能在复杂自然环境中更好地生存,它的皮肤颜色会随着周围环境的变化而改变。模仿变色龙的原理,中国科学院深圳先进技术研究院的杜学敏团队研制出了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。   受变色龙的启发,杜学敏团队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。在模仿变色龙的皮肤结构后,溶剂蒸气刺激是实现变色的关键要素。“薄膜中填充有溶剂蒸气后,一方面能够使纳米孔洞迅速膨胀,从而改变间距。另一方,也能改变材料的折射率,从而实现颜色的快速改变。”杜学敏说道。   据介绍,该薄膜在溶剂氛围中的颜色变化速度可快至0.2秒,并且通过调控薄膜暴露在溶剂蒸气中的时间长短,便能实现不同的颜色变化。此外,该薄膜还能响应不同的溶剂,在乙醇、丙酮、氯仿等溶剂蒸气中产生相应的颜色变化,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,我们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0.16 cm/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。   对于该成果的应用,杜学敏目前已将这种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,他还计划将这种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。“如果能将变色材料应用于服务机器人,使它们害羞时面部绯红,生气时脸色发青,将极大提升人机交互的效果。”