In een oogwenk kan een octopus als rafelig zeewier of koraal maken door de kleur en textuur van zijn huid te veranderen, waardoor hij bijna onzichtbaar wordt in zijn omgeving. En in de toekomst kunnen robots mogelijk ook deze schijnbaar magische camouflagetruc uithalen.
Onderzoekers hebben een synthetische vorm van een koppotigenhuid gecreëerd die kan transformeren van een vlak, 2D-oppervlak naar een driedimensionaal oppervlak met hobbels en putjes, rapporteren ze vandaag (12 oktober) in het tijdschrift Science. Deze technologie zou ooit gebruikt kunnen worden in zachte robots, die meestal bedekt zijn met een rekbare siliconen "huid", aldus de onderzoekers.
"Gecamoufleerde robots kunnen zich verstoppen en worden beschermd tegen aanvallen van dieren en kunnen dieren beter benaderen om ze in hun natuurlijke omgeving te bestuderen", Cecilia Laschi, een professor in biorobotica aan het BioRobotics Institute van de Sant'Anna School of Advanced Studies, in Pisa, Italië , schreef een begeleidend artikel in het huidige nummer van Science. "Natuurlijk kan camouflage ook militaire toepassingen ondersteunen, waarbij het verminderen van de zichtbaarheid van een robot hem voordelen biedt bij het betreden van gevaarlijke gebieden", schreef Laschi, die niet betrokken was bij de huidige studie.
Een hobbelige huid
De onderzoekers, onder leiding van James Pikul van de University of Pennsylvania en Robert Shepherd van de Cornell University, lieten zich inspireren door de 3D-hobbels, of papillen, die octopus en inktvis kunnen opblazen met spiereenheden in een vijfde van een seconde om te camoufleren.
Het complement van papillen in een zachte robot zijn de luchtzakken of 'ballonnen' onder de siliconen huid. Vaak worden deze zakken op verschillende tijdstippen op verschillende plaatsen opgeblazen om voortbeweging in een robot te genereren. In het nieuwe onderzoek werd deze robotinflatie een stap verder gebracht.
"Op basis van deze dingen die ze kunnen doen en wat onze technologie niet kan, hoe kunnen we de kloof overbruggen om technologische oplossingen te vinden voor hun behoorlijk verbazingwekkende capaciteiten?" was de centrale vraag van Shepherd.
'In dit geval is het opblazen van een ballon een redelijk haalbare oplossing', voegde hij eraan toe.
Door kleine vezelgaasbolletjes in de siliconen in te bedden, konden de wetenschappers de textuur van het opgeblazen oppervlak controleren en vormen, net zoals een octopus zijn huid zou kunnen herstructureren.
Pikul, toen postdoctoraal student aan de Cornell University, kwam op het idee om deze luchtzakken te structureren via patronen van de ringen van vezelgaas. Hij voelde zich aangetrokken tot het idee om siliconen op te blazen vanwege hoe snel en omkeerbaar de inflatie zou kunnen zijn, legde Pikul uit aan WordsSideKick.com. Vanaf daar was het gewoon een kwestie van de wiskundige modellen uitzoeken om het te laten werken.
Proof of concept
Het huidige prototype voor de getextureerde huiden ziet er vrij rudimentair uit: door de siliconenbellen te verdelen met concentrische cirkels van vezelgaasframes, kwamen de onderzoekers erachter hoe ze de vorm van de siliconen konden regelen terwijl ze opgeblazen werden. Ze slaagden erin de bubbels op te blazen tot enkele nieuwe vormen door het gaas te versterken, aldus het papier. Ze creëerden bijvoorbeeld structuren die ronde stenen in een rivier nabootsten, evenals een vetplant (Graptoveria amethorum) met bladeren gerangschikt in een spiraalpatroon.
Maar verfijning was niet hun primaire doel, merkte Shepherd op.
"We willen niet dat dit een technologie is die slechts een paar mensen in de wereld kunnen gebruiken; we willen dat het vrij eenvoudig te doen is", vertelde Shepherd aan WordsSideKick.com. Hij wilde dat de textuurtechnologie, die voortbouwde op eerdere bevindingen van het team over het maken van van kleur veranderende siliconenhuiden, toegankelijk zou zijn voor zowel de industrie, de academische wereld als hobbyisten. Daarom gebruikte het team opzettelijk beperkende technologieën zoals lasersnijders om de draadringen te vervaardigen, want dat is wat mensen buiten een Cornell University-lab kunnen gebruiken.
Itai Cohen, hoogleraar natuurkunde aan Cornell, die ook aan het onderzoek werkte, merkte een ander toegankelijk aspect van de technologie op. Tijdens een excursie naar het veld, stelt Cohen zich voor om vellen leeggelopen siliconen - geprogrammeerd om op te blazen tot een camouflagetextuur - in de achterkant van de vrachtwagen te stapelen. "Nu kunt u het opblazen zodat het niet in die permanente vorm hoeft te zijn, wat echt moeilijk te vervoeren is", vertelde Cohen aan WordsSideKick.com. Naarmate de technologie vordert, kan men zelfs een omgeving scannen en vervolgens de bijbehorende siliconenfolie programmeren om het na te bootsen, speculeerde Cohen.
Zowel Pikul als Shepherd zijn van plan om deze technologie in hun eigen respectievelijke laboratoria na te streven. Shepherd legde uit dat hij sinds hij de technologie heeft ontwikkeld, de inflatie is gaan vervangen door elektrische stromen die dezelfde textuur kunnen veroorzaken - geen tether- en persluchtsysteem vereist. En Pikul hoopt de geleerde lessen van het manipuleren van de oppervlakken van materialen toe te passen op dingen waar de oppervlakte een belangrijke rol speelt, zoals batterijen of koelmiddelen, zei hij.
'We bevinden ons nog steeds erg in de verkennende fase van zachte robotica', zei Shepherd. Omdat de meeste machines zijn gemaakt van harde metalen en kunststoffen, moeten de conventies en de beste toepassingen van zachte robots nog niet volledig zijn uitgewerkt. 'We staan nog maar aan het begin en we hebben geweldige resultaten', zei hij, maar de sleutel is 'in de toekomst, waardoor het voor andere mensen gemakkelijker wordt om de technologie te gebruiken en ervoor te zorgen dat deze systemen betrouwbaar zijn.'
De studie werd gefinancierd door het Army Research Office van het US Army Research Laboratory.
