伪装的最高境界——透明软体机器人！
背景介绍
透明是一种非常有效的伪装方法，已被自然动物广泛采用。叶状仔鳗(鳗鱼的幼虫)、栉水母和玻璃翼蝴蝶利用这种策略在各自的环境中伪装和保护自己。这些动物能够实现透明的有效伪装，主要有以下三个因素。首先，它们是由透明材料组成的，吸收很少的光。其次，动物通常有薄的身体/结构，导致低散射的光。一个薄的物体可以通过最小化穿过组织的光程长度来减少散射和折射，从而导致方向变化很小。第三，低曲率的表面也有利于有效的伪装，因为减少了扩散反射。虽然透明在自然界中通常用于伪装，但在传统的合成系统、设备或机器人中尚未成功复制。一个关键原因是，传统的驱动器，如电动机，是不透明的。此外，用于开发机器人身体的材料通常也是不透明的。因此，探索具有多种先进材料和/或智能驱动方法的软伪装机器人具有重要意义。
成果简介
近日，来自新加坡国立大学的欧阳建勇教授课题组、朱建教授课题组和新加坡科技研究局(A*STAR)合作，开发了一种透明的软机器人使用透明介质弹性体驱动器(DEAs)。与以往的DEAs不同，该驱动器使用可拉伸的透明导电聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)/水性聚氨酯(PEDOT:PSS/WPU)作为柔性电极。该研究成果以题为“Transparent Soft Robots for Effective Camouflage”的论文发表在国际顶级学术期刊Advanced Functional Materials上（见文后原文链接）。
图文速览
透明度是一种非常有效的伪装方法，已被自然动物广泛采用。然而，在合成系统中复制是一个挑战。在此基础上，研制了一种透明软机器人，实现了有效的伪装。具体来说，该机器人由透明介质弹性体驱动器(DEAs)驱动。采用透明、可拉伸的导电聚合物，以聚(3,4-乙二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)和水性聚氨酯(WPU)共混物作为DEAs的柔性固态电极。该电极具有良好的拉伸性能、较低的刚度、大应变下良好的导电性和较高的透光率。因此，DEA可以获得200%的大电压诱导面积应变和85.5%的高透过率。在这些软驱动器的驱动下，机器人可以利用其非对称振动模式实现平移，这可以用动力学分析来解释，与有限元建模是一致的。由于其高透明性和薄的结构，使得这种软机器人能够实现有效的伪装。此外，通过将机器人的三维结构转换为二维结构，机器人可以完全变平，从而获得更好的伪装效果。
图1. a) 自然界中透明的动物; b) 典型透明动物在可见光谱范围内的透射率; c) 光的散射和折射; d) 光在粗糙（左）或光滑（右）表面上的反射; e) 采用透明介质弹性体作动器驱动一种厚度薄、曲率光滑的软透明机器人。
图2. a) 软机器人结构示意图; b) 一个PEDOT:PSS/WPU电极（5 wt%的PEDOT:PSS负载），涂在VHB膜上，可以拉伸到其初始长度的5倍。
图3. a) 一种透明介电弹性体驱动器; b) 作为透明介电弹性体执行器电压函数的面积应变; c) 径向预拉伸1–6的介电弹性体驱动器的计算电压与拉伸的函数关系；d) 在最大面积应变和透射率（波长550 nm）方面，比较使用不同电极的介电弹性体驱动器。
图4. a) 透明软机器人原型; b) 中间点的振动幅度是交流电压频率的函数; c) 两个支腿的振动振幅是交流电压频率的函数; d) 用有限元方法模拟了对称和非对称振动模态; e) 该软透明机器人可以实现平移。
亮点小结
本文介绍了一种以瘦头虫为原型的柔性机器人，该机器人透明、轻薄、光滑，能够实现有效的伪装。软机器人是透明的、薄的、微微弯曲的，因此很难在彩色背景中识别。通过快速将机器人的三维结构转换为二维结构，机器人甚至可以完全变平。因此，这种透明的软机器人能够最大限度地减少光的反射和折射，从而实现出色的伪装。本文开发软机器人的单位是最早在陆地上研制透明软机器人的公司之一，它本能地适用于所有环境。这种透明软机器人的独特设计、制造和操作确保了其潜在的应用，如战场、侦察和安全监视，在动态和/或非结构化环境中需要有效伪装。该透明软机器人的传感与控制对提高其稳定性和功能性具有重要作用，值得进一步研究。
文章官网链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201901908
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来源：高分子科学前沿
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