变色龙机器人问世！在一百平方米区域主动伪装九十二分钟，有望在军事等领域广泛应用

近日，韩国首尔大学等团队发表了“仿生变色龙软机器人”的成果。与以往的“人工伪装技术”不同，它利用温度来调节仿生变色龙的颜色，可以简单实现热变色功能。在变色系统中加入具有负反馈调节的传感器，避免温度受外界环境影响，可以保证“变色”更加稳定。

将变色龙与自然颜色搭配，瞬间为下一代“人工伪装”提供了令人兴奋的解决方案。人工伪装技术不仅在军事应用中很受欢迎，在建筑、艺术、时尚和户外活动领域也很受欢迎。

相关论文发表在《自然通讯》(Nature Communications)上，题目是“仿生变色龙软机器人拥有人工隐形且具有破坏性的彩色皮肤”。

在自然界中，为了躲避天敌和自然环境的入侵，很多动物都有独特的“伪装”技能，比如拟态、伪装颜色等。不得不说变色龙是一个非常聪明的伪装“专家”。受变色龙伪装技巧的启发，人类发展了许多人工防伪技术，“军用伪装”就是一个经典应用。

然而，完全人工防伪技术的突破仍然非常困难，特别是通过高分辨率的伪装模式，实现更加前沿和自然的伪装仍然是一个巨大的挑战。相关论文

有三个主要原因:

第一，人工伪装的内部机制与变色龙不一致。在RGB可见光范围内，人工伪装的主导技术尚未完全确立；

二是主动检索和相邻颜色所需的传感器、控制电路和高分辨率人工伪装设备增加了系统的复杂性；

第三，在伪装性能上，变色龙微生境的模拟和信息传递对其更加自然的隐藏非常重要。变色龙软机器人变色实验图

宾夕法尼亚州立大学助理教授程寰宇说，“以前的许多研究文章都是关于大阵列密度来实现颜色变化和环境整合。中间变色的部分很可能覆盖不了每一个像素，会导致对应的像素没有颜色。

本研究最重要的亮点之一是对像素-像素组合现象的初步研究。变色龙在一些栖息地的时候，外界的温度变化并没有想象中的那么多，具体的变化大概也就那么几个。如果变色龙只有几个栖息地，那么它只需要几个简单的像素就可以改变颜色。"

从特定物种的多态进化来看，任何图像显示对于受限栖息地的伪装应用都是多余的。

因此，该团队建造了一个立式加热器。通过激光图案选择栖息地后，通过叠加多层银纳米线加热器，将不同加热器产生的温度分布叠加在最外层的热变色油墨层上，使背景颜色与环境表情同时匹配。

最后通过相应的策略消除像素间的死角，使得辅助色变化较大时也能实现连续过渡，从而降低系统的整体复杂度，最终实现更加自然的伪装。程寰宇

人造变色龙可以生成多种皮肤图案，具有红绿蓝着色功能。

热致变色材料可以在很小的温度范围内实现红、绿、蓝的变化。从经典人造变色龙皮肤的底部可以看到许多垂直图案和半透明的带状加热器层。在变色龙皮肤上激活加热器后，TLC可以在可见光区显示明亮的颜色，反射光谱可以在很宽的可见光谱范围内进行操纵。

TLC层的温度决定了人造变色龙皮肤的反射光谱。在CIE1931的坐标图中，取25.5℃、28℃和36℃对应的三个点作为代表性的RGB颜色，在现有条件下保持蓝色。一个商用电池可以在100cm^2地区活跃伪装92分钟。根据变色龙模型的形状，该团队准备了从21.96cm^2到67.2cm^2的七种不同的补丁，以完全覆盖人造变色龙的外观。RGB着色的人造变色龙图案

程寰宇说:“这个团队使用的热变色材料可以在很小的温度范围内实现红绿蓝的变化。此外，垂直堆叠的加热器可以实现可控多态性和高度降低复杂性的关键功能。银纳米线加热层的人造变色龙有明显的鸵鸟纹，是鸵鸟站起来，头向中间移动，头低下。”

三层图案中的每一层都是一个加热器，每个加热器的温度和颜色都是一一对应的。比如第一层加热到红色对应的温度，就产生了红色鸵鸟直立的画面，第二层实现了绿色鸵鸟走到中间，第三层蓝色鸵鸟头朝下的图案。

程寰宇说:“这项研究最大的亮点是垂直堆叠的设计结构避免了平面堆叠的一些问题，因为平面堆叠需要实现一个高密度的阵列，然后形成相应的图案，这会造成一些所谓的死角。这个地方没有颜色，所以效果不是很好。垂直堆叠是在每个垂直加热器中直接引出的图案，然后不需要在热变色材料上形成很多像素，所以加工成本和制造难度会大大降低。”

多层鸵鸟纹人造变色龙皮示意图

通过在热变色材料中加入冰块，人造变色龙可以实现瞬间伪装。

即使是具有主动动态伪装功能的物种，其表现性伪装模式在很多情况下也不是完全任意的，它是受限于某些特定条件的。

人工伪装类似于现实生活中的物种伪装，也是分步骤完成的。人工伪装涉及到背景颜色检查和匹配表面颜色传递的全过程。基于此，该团队提出了一种直接简单的集成自动传感器的人工变色龙瞬时伪装模型。

人工变色龙变色的基本原理是不需要分析高密度阵列的视觉信息，而是从颜色传感器测得的红绿蓝强度中获取每个像素的局部颜色。通过红绿蓝的强度，我们可以知道外部的颜色是什么，然后把红绿蓝的强度输入到系统中。有了这个输入，系统就可以相应地控制温度，实现红、绿、蓝三色的产生。带加热器反馈控制逻辑电路的自主伪装系统原理

变色龙软机器人瞬间隐形。

程寰宇说，“在色彩实现的过程中，加热器的应用更为关键，但温度甚至比加热器更为关键。因为温度对颜色的调整有一一对应的关系，而颜色对温度的变化非常敏感，一旦环境温度变化很低，就会对颜色变化产生很大的影响。因此，在具有加热器反馈电路的自卫系统中设计了反馈机制，并增加了比例积分微分传感器，以检测外部温度变化多少来匹配当地的背景颜色。”

本研究选用25.5℃ ~ 36℃的温度范围来改变红、绿、蓝三种颜色。比如当前状态是红色，一旦外界环境超过25.5℃，热变色材料的颜色就会发生变化，从而无法与当地背景相匹配。

温度反馈调节冰块造成的扰动，使原栖息地颜色保持不变。当变色龙模型在R、G、B3的不同栖息地活动时，人工伪装瞬间被激活。

研究成果在人工伪装方面取得了一定的进展，但在提高隐蔽性方面存在一定的局限性，因为只有少数像素具有清晰的边界。

比如在有花草的真实环境中隐身，可以达到接近绿色植被的效果。如果从绿草移到红花，虽然不一定要和背景完全匹配，但也只会遮挡一半的红花，另一半也会呈现绿色，让别人一眼就能发现，如何在如此复杂的场景下有效地防止造假，是一个极大的挑战，这也是研究成果需要改进的地方。人工变色龙防伪技术未来的落地取决于具体的应用场景。

变色龙

“这项技术在军事隐身方面有很大的应用价值，但并不局限于军事。我觉得这是他们推导的一个例子。实际上，军事应用中加热的能耗和精度有限的问题一直没有得到解决。这种限制在丛林中更大，因为热像仪很可能只在夜间可见光或光线不好的情况下使用，军队在白天的大部分时间都不会用到，但这种技术的光学伪装仍然有很大的价值。”程寰宇说。

所以人工变色龙防伪技术在落地时面临一定的挑战，最重要的是落地时的应用场景。此外，这项技术也有一定的局限性。在一些栖息地变化不大的情况下只能用少量像素进行伪装，所以用户需要对这个应用场景有相对较好的把握。

程寰宇说:“一些更复杂的研究不适合商业化，因为头部公司拥有丰富的资源，通常不会直接购买一项全新的技术。初创公司虽然有这方面的采购意向，但没有那么多流动资金，所以采购一项高成本的技术是不现实的。”(摘自深度科技)(编辑/费列曼)