Octopi haben einige ziemlich beeindruckende Fähigkeiten. Sie benutzen Werkzeuge. Sie schlüpfen in gewagte Fluchten. Sie spielen Spiele. Sie verwenden Trial-and-Error. Aber vielleicht ist ihre coolste (und sicherlich YouTube-würdigste) Fähigkeit ihre Fähigkeit, sich zu tarnen. Sie können nicht nur ihre Farbe, sondern auch ihre Textur ändern, indem sie Vorsprünge, sogenannte Papillen, auf ihrer Haut verwenden, um Unebenheiten und Grate zu erzeugen, die sich in Steine, Korallen, Seegras, Sand und so ziemlich alles in der Nähe einfügen.
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Eine nützliche Fähigkeit, oder? Jetzt können wir Menschen diese Fähigkeit des Meisters der Tarnung besser nutzen. Forscher der Cornell University, der University of Pennsylvania und des Marine Biological Laboratory in Woods Hole haben ein 2D-Material geschaffen, das sich im aufgeblasenen Zustand in eine komplex strukturierte 3D-Struktur verwandeln kann und den Weg für eine Reihe von möglichen Anwendungen ebnet.
Das Material ist Silikonkautschuk, eingebettet in ein Fasergeflecht. Das Netz ist ringförmig geschichtet und wirkt ähnlich wie die Oktopusmuskulatur. Dadurch wird die Gummihaut in verschiedene Formen gezogen. Im Test haben die Forscher das Netz so konfiguriert, dass das Material im aufgeblasenen Zustand wie eine Reihe runder Steine aussieht. Sie entwarfen auch ein Netz, das wie eine Art Sukkulente aussah.
James Pikul, Professor für Maschinenbau an der University of Pennsylvania, der die Forschung leitete, ließ sich bei der Entwicklung besser strukturierter Roboter von Kopffüßern wie Tintenfischen und Tintenfischen inspirieren.
"Diese Kreaturen sind unglaublich faszinierend, weil sie ganz weich sind", sagt er. „Sie können auf dem Meeresboden laufen, sie können schwimmen, aber sie haben kein Skelettsystem. Sie sind das perfekte Designziel für jemanden, der einen weichen Roboter entwickelt. “
Eine der Herausforderungen bei der Arbeit mit weichen Materialien wie Gummi in der Robotik besteht darin, dass sie schwer zu kontrollieren sind, da sie sich in mehrfacher Hinsicht dehnen. Pikul erkannte, dass die Nachahmung der Muskelstruktur eines Kopffüßers durch Hinzufügen von relativ dehnbaren Stoffringen zu einem weichen Material eine Möglichkeit darstellt, die Form besser zu kontrollieren.
Pikul und sein Team haben beschlossen, ihr Material zu testen, indem sie es wie Felsen aussehen ließen, weil "Steine tatsächlich ziemlich schwierig zu tarnen sind", sagt Pikul.
Eine Person, die in einem steinfarbenen Anzug vor einem Haufen Felsbrocken steht, sieht aus wie ein menschlich geformter Stein, besonders wenn die Sonne scheint und einen menschlich geformten Schatten wirft. Indem Sie Textur hinzufügen, haben Sie die Gleichung geändert.
Die Sukkulente wurde wegen ihrer Zwiebelblätter als Versuchsperson ausgewählt. Momentan haben die Prototypmaterialien nicht die Dehnung, um sich in sehr dünne Strukturen wie Eichenblätter oder Papier zu verwandeln. Aber die runden Blätter der Sukkulenten waren in Reichweite. Pikul und sein Team hoffen, letztendlich Strukturen zu entwickeln, die sehr dünn gezogen werden können.
Die Forschung, die vom Army Research Office gefördert wurde, erscheint diese Woche in der Zeitschrift Science .
"Die Ergebnisse sind beeindruckend", kommentiert Cecilia Laschi, Professorin für Robotik an der Sant'Anna School of Advanced Studies in Pisa, Italien, Pikuls wissenschaftliche Arbeit.
Laut Laschi sind die in den Prototypenmaterialien erzeugten Texturen zwar recht einfach, sie stellen jedoch einen wichtigen ersten Schritt auf dem Weg zu einer Vielzahl potenzieller militärischer, wissenschaftlicher und architektonischer Anwendungen dar. Sie könnten Wissenschaftlern helfen, wild lebende Tiere zu untersuchen, indem sie Kamerarobotern ermöglichen, sich erfolgreich in ihre Umgebung einzufügen. Aufblasbare 3D-Gebäude aus diesen Materialien können je nach Bedarf ihre Form ändern, ihre Oberfläche von glatt zu kieselig drehen, um bei Sonneneinstrahlung Schatten zu spenden, oder Sonnenkollektoren in eine bessere Position bringen, wenn sich die Sonne über den Himmel bewegt.
Inspiriert von der sich bewegenden Karte des Rumtreibers in Harry Potter, stellt sich Pikul ein glattes Armaturenbrett vor, das sich auf Knopfdruck in eine topografische Karte seiner Umgebung verwandelt. Oder ein Joystick, der aus einer ebenen Fläche herausragt und verschwindet, wenn Sie ihn nicht mehr benötigen.
Pikul plant auch die Entwicklung von Materialien, die sich in mehr als eine Form verwandeln können. In dieser Hinsicht ist der Oktopus den Menschen immer noch weit voraus. Wie Laschi bemerkt, verstehen wir immer noch nicht, wie Kopffüßer die Farbe und Textur ihrer Umgebung erkennen. Wenn weitere Forschungen dieses Rätsel lösen, könnte dies zur Entwicklung von sich selbst tarnenden Robotern führen.
Andere Forscher, die an weichen Robotern arbeiten, haben sich von Tintenfischen und anderen Kopffüßern inspirieren lassen. Im vergangenen Jahr stellten Harvard-Forscher einen 3D-gedruckten autonomen "Octobot" vor, der sich durch chemische Reaktionen selbst antreibt. Anfang dieses Jahres kam ein deutsches Roboterunternehmen mit einem Roboter-Tintenfischtentakel aus weichem Silikon heraus, mit dem Objekte aufgenommen und abgelegt werden können. Laschi half beim Start eines multinationalen Projekts zur Entwicklung von Octopus-Robotern, um die Fähigkeiten der Kreatur zu verstehen und zu nutzen, ihre Umgebung zu tarnen, Objekte zu manipulieren, sich zu bewegen und zu erfassen.
Aber könnten sie einen echten Tintenfisch zum Narren halten?
