仿變色龍軟體機器人效果圖

　　變色龍作為大自然中的“偽裝高手”，在受到威脅時，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器人。

　　不久前，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院的研究團隊，模仿變色龍的變色原理，研制出通過顏色變化進而實現(xiàn)與環(huán)境交互、同時還能運動的軟體爬行機器人。該研究成果發(fā)表在一家國際知名的材料學期刊上，一時間吸引無數(shù)目光，迎來了變色軟體機器人的“高光時刻”。

　　想了解該機器人的研制方法，首先要從變色龍的變色原理說起。該研究團隊負責人介紹，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個規(guī)整排列的納米顆粒，當皮膚舒張或收縮時，納米顆粒的間距會發(fā)生改變，進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)，該研究團隊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間長短，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的顏色變化。

　　據(jù)了解，這項研究最大的難點在于，同時集成了變色與變形兩種功能。正常情況下，要想單獨實現(xiàn)變色或變形相對比較容易，但想獲得一種既能快速變色又能變形的材料難之又難。該研究團隊發(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)計陣列化排布且溶脹程度小的聚丙烯酸酯高分子條帶時，由于不對稱性溶脹，薄膜在溶劑氛圍中不僅可快速變色，還能實現(xiàn)定向變形，這類變色與變形持續(xù)逾100個循環(huán)后，仍然保持優(yōu)良驅(qū)動特性。

　　隨后，該研究團隊模仿自然界中可爬行的生物，將不對稱性摩擦設(shè)計到可兼具運動與變色的驅(qū)動器中，成功設(shè)計出能隨環(huán)境變化進而改變自身顏色的軟體爬行機器人，其1分鐘可以爬行逾6倍自己身長的距離。

　　關(guān)于變色軟體機器人的研究，國外也取得了不少進展。哈佛大學一個研究團隊曾使用微流體技術(shù)，在軟體機器人體內(nèi)嵌入微型管道，再往管道內(nèi)注入多種熒光材料，隨后機器人的顏色、與周邊環(huán)境的對比度、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器人的身影。它可能被制造成間諜機器人，來進行軍事偵察；也可能制造成新型醫(yī)療檢測機器人，來幫助治療疾病。（陳靈進 吳智才 胡明生）