????
對于章魚和烏賊們來說，在競爭激烈的海洋里生存可不是件容易事，沒有一兩項絕技傍身，就很難擺脫成為獵物的命運。與別的動物進(jìn)化出更大體型、更強外殼、更快速的游動能力不同，這些頭足綱軟體動物點亮的技能點別出心裁——偽裝。
圖片來自網(wǎng)絡(luò)
它們可瞬間改變皮膚的顏色甚至外形，偽裝成周圍的海藻、珊瑚、巖石等，無聲地消失在環(huán)境中，再強大的敵人、再狡猾的獵物也都只能變成“睜眼瞎”。
除了改變顏色，烏賊皮膚還可向外生成棘突以模擬珊瑚礁。圖片來自網(wǎng)絡(luò)
在以毫秒計的短時間之內(nèi)，章魚和烏賊們能將它們的平滑皮膚隨意向外突出，變成立體的多級棘突結(jié)構(gòu)。與之相比，人類科學(xué)家設(shè)計的柔性可拉伸材料就遜色很多，實現(xiàn)類似的精細(xì)、復(fù)雜、迅速的可控伸長一直是個巨大的挑戰(zhàn)。近日，美國康奈爾大學(xué)Robert Shepherd博士等人在Science 雜志上發(fā)表文章，設(shè)計了一種能模仿頭足綱軟體動物偽裝能力的新材料，可從二維平面結(jié)構(gòu)變化為預(yù)設(shè)的三維結(jié)構(gòu)和紋理。研究者研發(fā)這種材料的靈感正是來自章魚。據(jù)說，Shepherd博士本人對章魚十分感興趣，實驗室里放著一個300加侖（1立方米）大的水缸養(yǎng)章魚。章魚沒有骨絡(luò)系統(tǒng)，卻能夠在水里快速游動、能抓住獵物、甚至能夠與周圍環(huán)境融為一體。這對于軟體機(jī)器人來說簡直就是不可多得的“導(dǎo)師”。而且，這也不是Shepherd團(tuán)隊受“章魚靈感”激發(fā)的第一篇頂級論文，去年他的團(tuán)隊曾在Science 報道了一種超彈性“皮膚”，能夠伸展至原來長度的近六倍，并且能發(fā)出不同顏色的光（點擊閱讀詳細(xì)）。
Robert Shepherd博士。圖片來源：Cornell University
章魚（Octopus rubescens）的肌肉可以在約220毫秒時間內(nèi)形成錐狀突起（下圖A），而復(fù)雜的立體多級棘突結(jié)構(gòu)需要排列不同方向的肌肉以及形成多個包括肌肉結(jié)構(gòu)單元的突起。Shepherd博士等人仔細(xì)研究了肌肉形態(tài)以及突起的形成過程，以此為啟發(fā)，他們使用人工組織群構(gòu)建了可轉(zhuǎn)化為復(fù)雜立體多級結(jié)構(gòu)的二維“人造皮膚”。人工組織群包括兩種材料，有機(jī)硅彈性體和包埋于其中的纖維網(wǎng)。為了得到預(yù)設(shè)的3D結(jié)構(gòu)，研究者設(shè)計了這樣一種方法，既先根據(jù)計算通過激光切割技術(shù)將纖維網(wǎng)制成目標(biāo)圖案；然后再將纖維網(wǎng)嵌在未固化的有機(jī)硅彈性體中；最后將其固化，并涂上一層硅氧烷涂層。這樣一來，當(dāng)向固化的彈性體中充氣時，該二維復(fù)合材料就可以快速、可逆地變成預(yù)期的3D目標(biāo)形狀，誤差可以控制在10%以內(nèi)。研究者稱其為“Circumferentially Constrained and Radially Stretched Elastomer (CCOARSE)”，我們姑且翻譯成“周向約束和徑向拉伸彈性體”。
聯(lián)系客服
