Des scientifiques conçoivent un caméléon robotique qui rampe et change de couleur | Science

Une équipe de chercheurs coréens était tellement fascinée par les caméléons qu’ils en ont fabriqué un robot, avec des yeux écarquillés, une démarche de style dandine et, surtout, une peau qui change de couleur à la demande.

“Il se promène et change de couleur en même temps”, explique l’auteur de l’étude Seung Hwan Ko, ingénieur en mécanique à l’Université nationale de Séoul en Corée du Sud. « Donc, c’est un peu comme un caméléon qui travaille à part entière. »

La peau électronique artificielle ajuste ses teintes instantanément et automatiquement pour correspondre aux couleurs de fond sur lesquelles le robot rampe. L’invention, détaillée aujourd’hui dans la revue Communication Nature, est l’un des premiers appareils à changer de couleur et de motifs en fonction de son environnement. Cela pourrait également aider les scientifiques à créer une nouvelle génération de vêtements de camouflage actifs pour des applications militaires ou aider les concepteurs à créer des styles de mode qui clignotent de différentes couleurs en fonction des arrière-plans à proximité.

En plus des différentes couleurs, le robot peut afficher plusieurs motifs préprogrammés à l’extérieur. La peau ne reflète pas exactement un arrière-plan proche, mais même les caméléons réels modifient leurs nuances non pas pour refléter leur environnement, mais pour se fondre. Pour copier cette capacité, les chercheurs donnent à la peau plusieurs motifs parmi lesquels choisir, chacun pouvant clignoter indépendamment l’un de l’autre. La combinaison de ces points, rayures et boucles pré-imprimés capture la complexité de la plupart des arrière-plans pour que le robot exécute son grand acte de disparition.

« Il n’est pas nécessaire de faire correspondre parfaitement l’arrière-plan », explique l’auteur de l’étude Sukjoon Hong, ingénieur en mécanique à l’Université de Hanyang, « car comme [long] comme c’est assez complexe, alors nous pouvons obtenir une quantité suffisante de [camouflage]. “

Pour construire le manteau du robot de plusieurs couleurs, les chercheurs ont fabriqué une « peau » à l’aide d’une fine couche d’encre à cristaux liquides qui peut prendre n’importe quelle couleur, selon l’alignement de ses molécules. Lorsque ces particules s’assemblent en structures hélicoïdales plus grandes, elles peuvent refléter une couleur de lumière spécifique. La taille des structures dicte la couleur affichée. Un arrangement répétitif plus large donne des teintes rougeâtres. Les arrangements plus serrés apparaissent en bleu.

Les cristaux liquides changent d’orientation et de couleur en fonction de la température. Ainsi, les chercheurs ont empilé des bandes chauffantes pré-configurées sous la peau du faux lézard. Jusqu’à dix capteurs de couleur sont placés sous le ventre du robot pour faire le point sur les teintes sous les pieds du robot. Les capteurs transmettent les informations de couleur à l’unité de commande du robot, qui allume les radiateurs pour qu’ils correspondent au mieux aux couleurs et aux marques sur le sol. Un appareil niché à l’intérieur du robot contrôle la température de chauffage pour maintenir les couleurs stables.

Le robot résultant peut faire correspondre les couleurs de son environnement en une demi-seconde alors qu’il marche sur le sol. Les chercheurs ont démontré que le robot peut se cacher efficacement sur fond de feuilles et de fleurs ; il dégage des rayures ressemblant à des tigres en activant plusieurs modèles de chauffage à la fois.

Les cristaux liquides sensibles à la température ne sont pas nouveaux, mais la simplicité avec laquelle les chercheurs les utilisent pour créer un effet caméléon est impressionnante, déclare Chengyi Xu, ingénieur en matériaux à Stanford qui n’a pas participé à l’étude. Il ajoute que les études précédentes ne présentaient généralement les technologies de changement de couleur que dans de petits appareils contrôlés par des humains. Au lieu de cela, l’équipe de Hong et Ko a entièrement paré leur modèle caméléon d’un manteau qui modifie lui-même la couleur. Xu dit que les chercheurs font du bon travail en intégrant plusieurs technologies, telles que la détection des couleurs et les contrôles de température, pour obtenir le robot caméléon le plus réaliste à ce jour. “C’est plus vers l’avenir des appareils autonomes de changement de couleur”, explique Xu.

Le contrôle thermique de la couche de cristaux liquides a plusieurs limites, explique Steven Morin, chimiste à l’Université du Nebraska-Lincoln. Premièrement, il dit que la peau est plus facile à chauffer qu’à refroidir, de sorte qu’elle ne peut pas passer d’une couleur chaude comme le bleu à une couleur froide comme le rouge aussi vite qu’elle passerait du rouge au bleu. De plus, les plages de température utilisées par le robot sont plutôt étroites, allant de la température ambiante de 78 degrés Fahrenheit à environ une température corporelle humaine de 97 degrés. Et Morin dit que la couleur de la peau peut être affectée par son environnement, en particulier par temps froid ou sous la lumière directe du soleil par une journée chaude.

Morin admet que reproduire le changement de couleur dans les robots est délicat. La nature donne l’impression que c’est si facile, mais le temps de réponse et l’arbitraire des motifs de la peau de caméléon sont difficiles à reproduire.

Conscients des faiblesses signalées par Morin, Ko et l’équipe de Hong ont déjà plusieurs solutions en chantier. Par exemple, ils disent que l’ajout d’un système de refroidissement peut élargir la plage de température et accélérer les réflexes du robot.

À l’avenir, les chercheurs visent à construire une autre icône qui change de couleur dans le règne animal avec un châssis se tortillant pour correspondre : une pieuvre. Ils emprunteront le design de la peau artificielle du caméléon pour obtenir un camouflage dans leur céphalopode. Mais « son mouvement est beaucoup plus complexe qu’un caméléon », explique Ko, c’est là que réside le principal défi technique.

Comme les chercheurs, Xu et Morin ont également travaillé sur des matériaux bio-inspirés à changement de couleur dans le passé, en utilisant des approches divergentes pour imiter ce que les animaux vivants font encore le mieux. Les chercheurs sur le terrain sont encore loin, dit Xu, et il est constamment en admiration devant la physiologie de ces créatures qui se camouflent activement.

« Tout est tellement sophistiqué », dit-il.

Note de la rédaction, 11 août 2021 : cet article déformait à l’origine l’école dans laquelle Sukjoon Hong travaille. C’est l’Université Hanyang.