Perhosen siivet liikkeelle valon voimalla – tutkijoiden kehittämät keinotekoiset lihakset saavat älykankaat mukautumaan muutoksiin ympäristössä
Tulevaisuudessa innovaatiota voitaisiin hyödyntää esimerkiksi älykkäiden tekstiilien, pehmeän robotiikan ja lääketieteen kehityksessä.

Aalto-yliopiston tutkimusryhmä on onnistunut liikuttamaan tekstiiliperhosen siipiin punottuja keinotekoisia lihaksia valon avulla. Mullistavassa tutkimuksessa valoa – tai tarkemmin infrapunalaseria – käytettiin polymeeriaktuaattorien ohjaamiseen. Polymeerejä muokkaamalla niistä saatiin luotua kierteelle käärittyjä säikeitä eli keinotekoisia lihaksia, jotka reagoivat valoon ja sen tuottamaan lämpöön. Valolla ohjattuna keinotekoiset lihakset saivat lopulta perhosen siivet lepattamaan.
Heinäkuussa Advanced Materials -julkaisussa ilmestyneen tutkimuksen pääkirjoittaja, väitöskirjatutkija Zahra Madani kertoo, että keinotekoiset lihakset voivat valolla ohjattuna taipua ja liikkua moniin eri suuntiin uskomattomalla nopeudella ja tarkkuudella. Aiemmista menetelmistä poiketen näiden keinotekoisten lihasten suunta ja liike ei myöskään ole riippuvaista materiaalin luonnollisista ominaisuuksista, vaan niitä voidaan ohjelmoida ja ohjata ulkoisesti valon avulla.
Madani työskentelee osana professori Jaana Vapaavuoren vetämää toiminnallisten materiaalien suunnitteluun erikoistunutta tutkimusryhmää. Myös Vapaavuori kertoo yllättyneensä siitä, miten paljon erilaisia liikekuvioita saatiin aikaiseksi yksinkertaisesti materiaalia ja valoa muuttelemalla.
Materiaalitieteilijöitä, fyysikkoja ja tekstiilisuunnittelijoita yhteen kokoava ryhmä on Madanin mukaan se syy, että keinotekoiset lihakset ylipäätään saatiin valolla liikkeelle: esimerkiksi ilman suunnittelijoita ei säikeitä kenties olisi kääritty kierteiseen muotoonsa.
Sovelluskohteita niin vaatetuksessa kuin lääketieteessäkin
Tutkimuksen pääasiallisena tarkoituksena oli kehittää niin sanottuja älytekstiilejä, joilla on muitakin toiminnallisuuksia kuin vain suojan antaminen. Ryhmä pyrki kuitenkin samaan aikaan myös etsimään kestäviä ja ympäristöystävällisempiä materiaaleja näiden tulevaisuuden toiminnallisten tekstiilien kehitykseen. Esimerkiksi puhtaasti öljypohjaiselle nailonlangalle on pyritty löytämään korvaajaa luonnonmateriaaleista.
”Pohjimmiltaan tutkimukseni avaa ovia ympäristöönsä mukautuvalle ja reagoivalle uuden sukupolven teknologialle, joka voi tehdä meidän kaikkien elämästä turvallisempaa, helpompaa – ja myös mukavampaa”, Madani pohtii.
Sekä Madanin että Vapaavuoren mukaan tutkimustuloksella voidaankin ympäristöystävällisyyden lisäksi nähdä lukuisia lupaavia sovelluksia tulevaisuudessa, sillä kuten tulokset osoittavat, pelkän valon voimalla kyetään liikuttamaan isojakin tekstiilejä.
Madani mainitsee, että valolla ohjattavat keinolihakset voivat esimerkiksi mullistaa aktiivisten tekstiilien tai pehmeän robotiikan kehityksen. Hänen mukaansa voimme tulevaisuudessa vaikkapa nähdä vaatteita, jotka ulkoillessa sopeutuvat valon tai lämpötilan muutoksiin – esimerkiksi takkeja, jotka kiristyvät, kun on kylmä, ja löystyvät, kun on lämmin.
”Pehmeässä robotiikassa ympäristöön reagointi taas voi olla hyödyllistä juuri kaukaa ohjattavuuden takia – robottien ei siis tarvitse kantaa mukanaan mitään virtalähdettä, vaan energia tulee etänä valon avulla”, Vapaavuori jatkaa.
Lisäksi sovelluskohteena voisi tutkijoiden mukaan olla myös lääketiede, sillä materiaaleja voidaan ohjata infrapunasäteilyn eri aallonpituuksilla, jolloin ihon läpi etänä ohjattavat operaatiot olisivat mahdollisia. Jotta näihin tulevaisuuden sovelluksiin kuitenkin päästäisiin, pitäisi löytää soveltavaa tutkimusta rahoittava taho, tutkijat muistuttavat.
”Sinänsä kaikki tarvittava tieto tutkimustuloksen eteenpäinviemiseksi on jo olemassa. Seuraavaan askeleeseen tarvittaisiin jostain rahoitus, joka tukisi nimenomaan tällaista soveltavampaa tutkimusta”, Vapaavuori sanoo.
Tutkimus on julkaistu heinäkuussa Advanced Materials -julkaisussa ja se on luettavissa täällä.
Tutkimuksessa käytetty perhonen sekä ryhmän muuta tutkimusta esitellään Aalto-yliopiston Designs for a Cooler Planet -festivaalin Yhteenkietoutumisia-näyttelyssä Otaniemen kampuksen Marsio-rakennuksessa 3. lokakuuta 2024 asti.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Zahra Madani
zahraalsadat.madani@aalto.fi
Jaana Vapaavuori
jaana.vapaavuori@aalto.fi
p. 050 476 0223
Kuvat

Linkit
- Youtube: Artificial muscles can move in multiple directions when controlled by light
- Advanced Materials: Light-Driven Multidirectional Bending in Artificial Muscles
- Yhteenkietoutumisia – Tekstiilien uudenlaisia toiminnallisuuksia
- Aalto University Magazine: Tulevaisuuden tekstiilit reagoivat valoon ja lämpöön
- Designs for a Cooler Planet -festivaali
- Aalto-yliopiston kampuksen uusi kohtauspaikka Marsio
Tietoa julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Tutkimus: Uusien rakennusten päästöistä 70 prosenttia tulee rakentamisesta – eikä sitä huomioida tarpeeksi30.6.2025 07:53:14 EEST | Tiedote
Energiatehokkuus ja uusiutuvan energian käyttö ovat vähentäneet uudisrakennusten elinkaaripäästöjä, mutta rakentamisen päästöt eivät ole laskeneet. Viheralueiden vaaliminen ja puurakentamisen suosiminen tekisi rakentamisesta kestävämpää, korostavat tutkijat.
Tutkimus: Seksuaali- ja sukupuolivähemmistöille myönteiset yritykset ovat selvästi innovatiivisempia18.6.2025 09:30:00 EEST | Tiedote
Yhdysvaltalaisia suuryrityksiä koskenut tutkimus kertoo, että patenttien määrä ja laatu kasvavat merkittävästi, jos yritys saa korkeat pisteet LGBTQ+-yhteisöä eli seksuaali- ja sukupuolivähemmistöjä tukevissa arvioinneissa.
Koneoppiminen tuo vallankumouksen tutkimukseen ja tuotekehitykseen – uuden tekoälyinstituutin johtajalle merkittävä EU-rahoitus17.6.2025 13:00:00 EEST | Tiedote
Uusi projekti ratkoo koneoppimisen keskeistä pullonkaulaa ja muodostaa myös yhden uuden ELLIS-instituutin tutkimuksen kulmakivistä.
A revolution for R&D with the missing link of machine learning — project envisions human-AI expert teams to solve grand challenges17.6.2025 13:00:00 EEST | Press release
Robust, deployable and collaborative machine learning (ML) methods are needed for artificial intelligence (AI) to become truly useful. This ERC-funded research aims to solve a major ML bottleneck and will form a cornerstone of the newly established ELLIS Institute Finland.
Väitöstutkimus: Suomen väestönsuojajärjestelmä on kansainvälisesti poikkeuksellisen kattava – kuumenevat kesät voivat kuitenkin haastaa sen toimivuutta12.6.2025 11:30:00 EEST | Tiedote
Vuosikymmenten aikana rakennetun suomalaisen väestönsuojajärjestelmän hinta vastaa vain noin kolmen vuoden puolustusbudjettia – ja se suojaa lähes koko väestön.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme