歩きながら変色できるカメレオン型ロボットを開発
歩きながら変色できるカメレオン型ロボットを開発 / Credit: NPG Press/youtube(2021)
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歩きながらカモフラージュできる「カメレオン型ロボ」が開発される

2021.08.11 Wednesday

Scientists Design a Robotic Chameleon That Crawls and Changes Color https://www.smithsonianmag.com/science-nature/scientists-design-robotic-chameleon-crawls-and-changes-color-180978402/
Biomimetic chameleon soft robot with artificial crypsis and disruptive coloration skin https://www.nature.com/articles/s41467-021-24916-w

背景に合わせてリアルタイムで色を変えられるカメレオン型ロボットが、韓国の研究チームにより開発されました。

このロボットは、自分が歩いている地面の色を読みとって、それをもとに体色を変化させます。

研究の成果は、軍事用のカモフラージュ・ウェアや、デザイナーが作る奇抜なファッション等への応用が期待されています。

研究は、8月10日付けで学術誌『Nature Communications』に掲載されました。

 

温度によって変色をコントロール

ご存知のように、カメレオンは、周囲の環境に溶け込むように体や模様をさまざまに変化させます。

研究チームは、この皮膚を再現するため、分子の配列によってあらゆる色に変化する「液晶(Liquid Crystal)」を利用しました。

液晶は、温度や電圧によって簡単に分子を動かすことができ、その度合いによって特定のを反射できます。

たとえば、温度が高くなるほど、分子の配列が密になって青っぽい色に、温度が低いと、分子の配列が大きくなって赤っぽい色に変わります。

温度により色の変化
温度により色の変化 / Credit: Hyeonseok Kim et al., Nature Communications(2021)

これと別にチームは、カメレオンが織りなす複雑な体模様も再現するべく、ドットやストライプ、カーブなどのパターンが入ったシートを作成。

それらを層状に重ねることで、あらゆる背景に対応したカモフラージュ模様を再現しています。

全体としては、シート層の上にブラックインク層を重ね、最後にTLC層(熱変色性の液晶層、Thermochromic Liquid Crystal Layer)で覆いました。

また、各層には、熱を発生させるヒーターが設置されています。

人工皮膚の層構造
人工皮膚の層構造 / Credit: Hyeonseok Kim et al., Nature Communications(2021)

もちろん、人工皮膚は周囲の背景を完璧に再現できるわけではありません。

しかし、漢陽大学校(Hanyang University)の機械工学者であるホン・スークヨン氏は「背景と完全に一致させる必要はありません。

ある程度の色と模様さえ再現できれば、十分なカモフラージュ効果が得られるからです」と説明します。

黒色だけを反射(左)、環境中の模様を再現(右)
黒色だけを反射(左)、環境中の模様を再現(右) / Credit: Hyeonseok Kim et al., Nature Communications(2021)
草むらの中の変色を再現
草むらの中の変色を再現 / Credit: Hyeonseok Kim et al., Nature Communications(2021)

ロボットの足元には10個のカラーセンサーが内蔵されており、これによって歩いている場所の色や模様を把握。

認識された色情報はロボット内の制御ユニットに伝えられ、それに合わせてヒーターが作動し、色と模様パターンを生成します。

こうして完成したロボットは、歩きながら読みとった情報に合わせて、0.5秒以内での色と模様の再現が可能です。

感温性液晶は新しい手法ではありませんが、色の切り替え技術はこれまで、人が操作する小型デバイスでしか導入されていませんでした。

しかし、今回のカメレオン型ロボットは、自ら色を認識して変色する自律的なものであり、その点で画期的な発明です。

歩きながら変色するロボット
歩きながら変色するロボット / Credit: NPG Press/youtube(2021)

 

一方で、液晶の熱コントロールには弱点があります。

まず、人工皮膚は温めるより冷やす方が難しいため、青から赤への切り替えが、赤から青への切り替えほどスムースにできないことです。

それから、ロボットが使用できる温度範囲は摂氏25〜36度までと狭く、気温の低い日や、あるいは直射日光の下では、色の再現に悪影響が生じる可能性があります。

これらの解決策として、チームは、冷却システムの導入を考えています。

弱点が克服できたあかつきには、本物のカメレオンにより近い、なめらかで鮮やかな変色が可能になるかもしれません。

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