Blitzschnell kann ein Tintenfisch wie zerlumpte Algen oder Korallen aussehen, indem er die Farbe und Textur seiner Haut ändert und so in seiner Umgebung nahezu unsichtbar wird. Und in Zukunft können Roboter möglicherweise auch diesen scheinbar magischen Tarntrick ausführen.
Forscher haben eine synthetische Form von Kopffüßerhaut geschaffen, die sich von einer flachen 2D-Oberfläche in eine dreidimensionale mit Unebenheiten und Gruben verwandeln kann, berichten sie heute (12. Oktober) in der Zeitschrift Science. Diese Technologie könnte eines Tages in weichen Robotern eingesetzt werden, die typischerweise mit einer dehnbaren Silikonhaut bedeckt sind, sagten die Forscher.
"Getarnte Roboter können sich verstecken und vor Tierangriffen geschützt sein und sich Tieren besser nähern, um sie in ihren natürlichen Lebensräumen zu untersuchen", so Cecilia Laschi, Professorin für Biorobotik am BioRobotics-Institut der Sant'Anna School of Advanced Studies in Pisa, Italien , schrieb in einem Begleitartikel in der aktuellen Ausgabe von Science. "Natürlich kann Tarnung auch militärische Anwendungen unterstützen, bei denen die Verringerung der Sichtbarkeit eines Roboters Vorteile beim Zugang zu gefährlichen Bereichen bietet", schrieb Laschi, der an der aktuellen Studie nicht beteiligt war.
Holprige Haut
Die Forscher, angeführt von James Pikul von der University of Pennsylvania und Robert Shepherd von der Cornell University, ließen sich von den 3D-Beulen oder Papillen inspirieren, die Tintenfische und Tintenfische mithilfe von Muskeleinheiten in einer Fünftelsekunde zur Tarnung aufblasen können.
Das Komplement von Papillen in einem weichen Roboter wären die Lufteinschlüsse oder "Luftballons" unter der Silikonhaut. Oft werden diese Taschen zu unterschiedlichen Zeiten an unterschiedlichen Stellen aufgeblasen, um die Fortbewegung in einem Roboter zu erzeugen. In der neuen Forschung wurde diese Roboterinflation einen Schritt weiter gebracht.
"Basierend auf diesen Dingen, die sie können und was unsere Technologie nicht kann, wie können wir die Lücke schließen, um technologische Lösungen für ihre erstaunlichen Fähigkeiten zu haben?" war die zentrale Frage von Shepherd.
"In diesem Fall ist das Aufblasen eines Ballons eine ziemlich praktikable Lösung", fügte er hinzu.
Durch das Einbetten kleiner Fasernetzkugeln in das Silikon konnten die Wissenschaftler die Textur der aufgeblasenen Oberfläche steuern und formen, so wie ein Tintenfisch seine Haut neu texturieren könnte.
Pikul, damals Postdoktorand an der Cornell University, hatte die Idee, diese Lufteinschlüsse über Muster der Fasernetzringe zu strukturieren. Er war von der Idee angezogen, Silikon aufzublasen, weil die Inflation so schnell und reversibel sein könnte, erklärte Pikul Live Science. Von dort aus ging es nur noch darum, die mathematischen Modelle herauszufinden, damit es funktioniert.
Konzeptioneller Beweiß
Der aktuelle Prototyp für die strukturierten Häute sieht ziemlich rudimentär aus: Durch Aufteilen der Silikonblasen mit konzentrischen Kreisen aus Fasernetzrahmen fanden die Forscher heraus, wie die Form des Silikons beim Aufblasen gesteuert werden kann. Es gelang ihnen, die Blasen durch Verstärkung des Netzes in einige neue Formen aufzublasen, so das Papier. Zum Beispiel schufen sie Strukturen, die abgerundete Steine in einem Fluss imitierten, sowie eine Sukkulentenpflanze (Graptoveria amethorum) mit spiralförmig angeordneten Blättern.
Aber Raffinesse war nicht ihr primäres Ziel, bemerkte Shepherd.
"Wir möchten nicht, dass dies eine Technologie ist, die nur wenige Menschen auf der Welt nutzen können. Wir möchten, dass dies ziemlich einfach ist", sagte Shepherd gegenüber Live Science. Er wollte, dass die Texturierungstechnologie, die auf den früheren Erkenntnissen des Teams zur Herstellung farbwechselnder Silikonhäute aufbaut, sowohl für Industrie als auch für Akademiker und Hobbyisten zugänglich ist. Daher verwendete das Team bewusst limitierende Technologien wie Laserschneider, um die Drahtringe herzustellen, da dies Menschen außerhalb eines Labors der Cornell University nutzen könnten.
Itai Cohen, ein Physikprofessor an der Cornell University, der ebenfalls an der Forschung arbeitete, stellte einen weiteren zugänglichen Aspekt der Technologie fest. Auf einem Ausflug ins Feld stellt sich Cohen vor, Blätter aus entleertem Silikon - programmiert, um sich zu einer Tarnstruktur aufzublasen - auf der Rückseite des Lastwagens zu stapeln. "Jetzt können Sie es aufblasen, damit es nicht in der dauerhaften Form sein muss, die wirklich schwer zu transportieren ist", sagte Cohen gegenüber Live Science. Mit fortschreitender Technologie könnte man sogar in der Lage sein, eine Umgebung zu scannen und dann genau dort die entsprechende Silikonfolie zu programmieren, um sie nachzuahmen, spekulierte Cohen.
Sowohl Pikul als auch Shepherd planen, diese Technologie in ihren jeweiligen Labors weiterzuverfolgen. Shepherd erklärte, dass er seit der Entwicklung der Technologie damit begonnen habe, die Inflation durch elektrische Ströme zu ersetzen, die die gleiche Texturierung verursachen könnten - kein Haltegurt und kein Druckluftsystem erforderlich. Und Pikul hofft, die Lehren aus der Manipulation der Materialoberflächen auf Dinge anwenden zu können, bei denen die Oberfläche eine wichtige Rolle spielt, wie Batterien oder Kühlmittel, sagte er.
"Wir befinden uns immer noch in der Erkundungsphase der weichen Robotik", sagte Shepherd. Da die meisten Maschinen aus Hartmetallen und Kunststoffen bestehen, müssen die Konventionen und die besten Verwendungsmöglichkeiten von weichen Robotern noch vollständig ausgearbeitet werden. "Wir stehen erst am Anfang und haben großartige Ergebnisse", sagte er, aber der Schlüssel ist, "in Zukunft anderen Menschen die Nutzung der Technologie zu erleichtern und sicherzustellen, dass diese Systeme zuverlässig sind."
Die Studie wurde vom Army Research Office des US Army Research Laboratory finanziert.
