仿變色龍軟體機(jī)器人效果圖

　　變色龍作為大自然中的“偽裝高手”，在受到威脅時(shí)，不僅能逃之夭夭，還可通過改變皮膚顏色恐嚇天敵或是偽裝自己。它的這種環(huán)境自適應(yīng)行為，啟發(fā)了科學(xué)家們研究開發(fā)能感知環(huán)境并改變自己性能的變色軟體機(jī)器人。

　　不久前，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的研究團(tuán)隊(duì)，模仿變色龍的變色原理，研制出通過顏色變化進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與環(huán)境交互、同時(shí)還能運(yùn)動(dòng)的軟體爬行機(jī)器人。該研究成果發(fā)表在一家國際知名的材料學(xué)期刊上，一時(shí)間吸引無數(shù)目光，迎來了變色軟體機(jī)器人的“高光時(shí)刻”。

　　想了解該機(jī)器人的研制方法，首先要從變色龍的變色原理說起。該研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人介紹，變色龍之所以能改變皮膚顏色，源于其身上的結(jié)構(gòu)色。“變色龍的皮膚中存在一個(gè)個(gè)規(guī)整排列的納米顆粒，當(dāng)皮膚舒張或收縮時(shí)，納米顆粒的間距會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而改變光的反射效果，最終呈現(xiàn)出肉眼可見的顏色變化，這種由于微納結(jié)構(gòu)與光相互作用產(chǎn)生的顏色就是所謂的結(jié)構(gòu)色。”

　　受此啟發(fā)，該研究團(tuán)隊(duì)研制出一款變色薄膜。薄膜中填充有溶劑蒸氣后，一方面能使納米孔洞迅速膨脹，從而改變間距；另一方面，也能改變材料的折射率，從而實(shí)現(xiàn)顏色的快速改變。該薄膜在溶劑氛圍中的顏色變化速度可快至0.2秒，并且通過調(diào)控薄膜暴露在溶劑蒸氣中的時(shí)間長短，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的顏色變化。

　　據(jù)了解，這項(xiàng)研究最大的難點(diǎn)在于，同時(shí)集成了變色與變形兩種功能。正常情況下，要想單獨(dú)實(shí)現(xiàn)變色或變形相對(duì)比較容易，但想獲得一種既能快速變色又能變形的材料難之又難。該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，將薄膜厚度降低到38微米，并在薄膜無周期性結(jié)構(gòu)一側(cè)，設(shè)計(jì)陣列化排布且溶脹程度小的聚丙烯酸酯高分子條帶時(shí)，由于不對(duì)稱性溶脹，薄膜在溶劑氛圍中不僅可快速變色，還能實(shí)現(xiàn)定向變形，這類變色與變形持續(xù)逾100個(gè)循環(huán)后，仍然保持優(yōu)良驅(qū)動(dòng)特性。

　　隨后，該研究團(tuán)隊(duì)模仿自然界中可爬行的生物，將不對(duì)稱性摩擦設(shè)計(jì)到可兼具運(yùn)動(dòng)與變色的驅(qū)動(dòng)器中，成功設(shè)計(jì)出能隨環(huán)境變化進(jìn)而改變自身顏色的軟體爬行機(jī)器人，其1分鐘可以爬行逾6倍自己身長的距離。

　　關(guān)于變色軟體機(jī)器人的研究，國外也取得了不少進(jìn)展。哈佛大學(xué)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)曾使用微流體技術(shù)，在軟體機(jī)器人體內(nèi)嵌入微型管道，再往管道內(nèi)注入多種熒光材料，隨后機(jī)器人的顏色、與周邊環(huán)境的對(duì)比度、外殼圖案、亮度、溫度和形狀，都可隨著環(huán)境溫度或光線等的變化而改變，從而同周圍環(huán)境融為一體、顯示信息、發(fā)出亮光，甚至還能發(fā)出紅外線。

　　變色軟體機(jī)器人可控變形與變色的性能，將使其應(yīng)用前景非常廣闊。不久的將來，在偵察、探測、救援及醫(yī)療等領(lǐng)域，我們或許都能看到變色軟體機(jī)器人的身影。它可能被制造成間諜機(jī)器人，來進(jìn)行軍事偵察；也可能制造成新型醫(yī)療檢測機(jī)器人，來幫助治療疾病。（陳靈進(jìn) 吳智才 胡明生）