Робот-хамелеон сменил дорогой три цвета и скрылся в траве

Вместе с системой управления и своим сенсорным датчикам робот быстро считывает окружающие условия и мгновенно меняет цвет той части тела, которая попала на новый цвет. Об искусственном камуфляже для робота корейские инженеры сообщили в Nature Communications. Основным принципом маскировки можно считать согласования собственного окраса с цветом окружающей среды. Причем вашей главной задачей является не столько подобрать себе необходимый оттенок, сколько исказить ваше очертание. Поэтому, чтобы спрятаться вам стоит не просто перекраситься, а и суметь воспроизвести определенный узор. По мнению исследователей, идеальным камуфляжем является набор меток, которые создают видимость ложных границ и препятствуют распознаванию настоящих очертаний и форм объекта или его частей. Благодаря увеличению непрерывности между элементами фона и по крайней мере некоторыми из маркеров, возможность выявления очертаний объекта становится минимальной. Но даже лучше сконструированный заранее узор проигрывает активному камуфляжу, который сможет подстраиваться под внешние условия.

Доминирующей технологией маскировки в видимом спектре есть отражение цвета, аналогичного фона, настраивающего при работе непосредственно вручную. Но подобные устройства должны быть гибкими, механически прочными, чтобы легко покрывать объекты, не мешать их движению и вообще быть совместимыми с окружающими условиями. Обычно отдельные устройства условно делят на пиксели, но сложность единичного устройства будет увеличиваться вместе с вашим объектом, потому потребует новых датчиков и схем управления на каждый пиксель. Впрочем, для маленьких вещей дела не лучше — маскировка не будет эффективной, если окружающая среда не будет монотонной. Пока настоящими профессионалами активного камуфляжа остаются природные примеры, как-то каракатицы, осьминоги и хамелеоны. Последние, например, имеют замечательную способность демонстрировать сложные и быстрые изменения цвета во время социальных взаимодействий. Считается, что хамелеонам это удается благодаря дисперсии органелл, содержащих пигмент, в светоотражающих клетках дермы. Им удается менять цвет с помощью активной настройки решетки монокристаллов гуанина в поверхностном толстом слое пигментных клеток.

Как мы отмечали ранее, попытки воспроизвести на себе цвет фона с помощью решетки из отдельных пикселей является сложной задачей, учитывая необходимость создания индивидуального сенсорного блока и системы обратной связи. Но по мнению корейских инженеров из Национального университета Сеула, вообще нет необходимости в том, чтобы точечно пробовать подобрать цвет. Многие виды в природе полностью не подстраиваются под фон, но эволюционно приспособились к типичным маркеров их места жительства. Например, те же каракатицы ограничиваются пунктирными, крапчатыми или полосатыми узорами. Так искусственный камуфляж с управляемым полиморфизмом, который позволяет отображать только избранные текстуры для отдельных сред, по мнению исследователей является наиболее эффективной стратегией. Поэтому к каракатицам и к указанным ранее хамелеонов и их способов прятаться от посторонних глаз, ученые и решили обратиться.

Их стратегия заключается в объединении термохромных жидкокристаллических чернил, которые могут проявлять определенный цвет при определенной температуре, с серебряными нанопроволоками, которые заключают вертикально в несколько слоев и используют как нагреватели. Поскольку спектр отражения в термотронах жидких кристаллов может контролироваться в широком диапазоне видимого спектра при достаточно небольшого диапазона температур. Хотя чувствительность к температуре действительно является неблагоприятной характеристикой, если нам необходима термическая устойчивость, но одновременно это компактный диапазон входных сигналов и низкое энергопотребление во время работы, если температура точно контролируется. Активный контроль теплового потока также позволяет значительно сократить время реакции, чтобы быть на одном уровне по скорости подстройки даже к животными. В сочетании с активной системой управления и сенсорными блоками полная модель робота-хамелеона быстро реагирует на локальный цвет фона и мгновенно сопоставляет его с собой.

Кожа робота хамелеона состоит из прозрачной подложки, на которую нанесли электроды из частиц серебра, и серебряный нанопроводник-нагреватель, с которого сформировали однородный. Полосатый, волнистый узор. Все это покрывают термохромными жидкокристаллическими чернилами благодаря своей спиральной структуре быстро передают окраску всей поверхности под воздействием температуры. Для более яркого отображения цвета между слоем чернил и нагревателем разместили слой черной окраски. По синий, зеленый и красный цвета соответствуют температуры в 25,5, 28 и 36 градусов Цельсия. Если температура поверхности равна температуре окружающей среды, хамелеон окрашивается в черный цвет. Три нагревателя необходимы, чтобы была возможность получать узоры небольшого размера, а не просто однородно окрашивать работа. Активация отдельного нагревателя или их комбинации позволяет не только согласовать цвет фона (квадратный узор) или текстуру (штриховой узор), но и оба одновременно.

Для поддержания окраски работа ученым понадобилась одна батарея емкостью 2500 миллиампер-час и напряжением в 1,2 вольта. Этого хватило для маскировки работа покрытием размером в 100 квадратных сантиметров в течение 92 минут. Цвет менялся менее чем за 0,6 секунды — почти мгновенное для человеческого глаза сдвиги. Поэтому по мнению исследователей, их разработка подойдет не только работам, а и одежды для людей, архитектурным замыслам и для военных целей.

Важно отметить, что пока работу не удастся спрятаться, если температура снаружи будет близкой к температуре кристаллов. В этой работе ученые подобрали так и для экспериментов в температурном диапазоне от 25,5 до 36 градусов Цельсия, а нагрева от нанопроводов уже не хватает для равномерной окраски работа при температуре в минус 20 градусов. Но диапазон рабочих температур термохромных жидкокристаллических чернил можно сместить от минус 30 до 115 градусов Цельсия, изменив их химический состав. Поэтому стратегия ученых заключается в подборе оптимальных параметров под определенную среду, они предлагают просто подбирать материалы различных характеристик в зависимости от целевой среды для работы.

Существует огромное количество стратегий, чтобы скрыться от наблюдателей. Например, рябчики Делавея со временем приобрели камуфляжной расцветки, чтобы прятаться от людей в скалах. Ночные бабочки имеют акустический камуфляж, чтобы не быть услышанными летучими мышами, а ученые иногда пытаются использовать магию вне Хогвартса и ракообразных бокоплавов, чтобы создать устройство, невидимые в разных диопазах.

Перевод материала nauka.ua