Tulevaisuuden pehmeät robotit liikkuvat valon avulla

Nykyisin robotit mielletään isoiksi metallikuorisiksi laitteiksi, jotka sisältävät erilaisia sähköisiä komponentteja. Viimeisen 15 vuoden sisällä tutkijoille on syntynyt ajatus siitä, että robotiikassa voitaisiin käyttää myös pehmeitä materiaaleja. Tässä niin kutsutussa pehmeässä robotiikassa raskaat ja kovat metallikuoret on pyritty korvaamaan muilla materiaaleilla, kuten polymeereillä.

– Materiaalitutkimuksen näkökulmasta polymeerit ovat mielenkiintoisia. Käyttämällä vain muutamaa polymerisointitekniikkaa voidaan valmistaa materiaaleja, joilla on hyvin erilaisia ominaisuuksia. Polymeereistä valmistetut materiaalit voivat olla venyviä tai jäykkiä, pehmeitä tai kovia, värillisiä tai läpinäkyviä. Tämän takia juuri polymeerit ovat hyviä materiaalia pehmeiden robottien valmistuksessa, Markus Lahikainen kertoo.

Lahikainen käytti väitöskirjassaan polymeeripohjaisten pehmytrobotien ohjaamiseen valoa.

– Valo on erinomainen energianlähde, sillä valoa on kaikkialla. Lisäksi valon ominaisuuksia, kuten voimakkuutta, aallonpituutta eli väriä sekä polarisaatiota voidaan helposti muuttaa, Lahikainen kertoo.

Valo-ohjaus tuo robotiikkaan myös muita hyötyjä. Valo-ohjaus mahdollistaa robottien etäohjauksen ilman fyysistä kontaktia, jolloin robotin ei tarvitse sisältää elektronisia komponentteja kuten akkuja tai sähköjohtoja.

– Valo-ohjaus voidaan rakentaa polymeerin sisään molekyylitasolle jo valmistusvaiheessa. Tällöin päästään eroon normaaleissa roboteissa käytetyistä sähkökomponenteista ja roboteista voidaan tehdä pieniä, jopa millimetrin kokoisia, Lahikainen jatkaa.

Markus Lahikainen tutki kolmea valo-ohjausstrategiaa pehmytrobottien liikuttamiseksi: spontaania valomekaanista oskillaatiota ja moniväriaktuaatioita, jossa valon eri väreillä tuotetaan erilaisia liikkeitä, sekä uudelleenohjelmoitavuutta, jossa robotti voidaan ohjelmoida toimimaan eri tavoin identtisissä valaistusolosuhteissa.

– Valorobotiikan ala kasvaa nopeasti, mutta vielä on paljon matkaa siihen, että näitä materiaaleja voitaisiin käyttää hyödyksi jokapäiväisessä elämässä. Uskon kuitenkin, että työni tulokset tarjoavat uusia avauksia siihen, miten tehdä pehmeistä roboteista itseohjautuva ja älykkäitä, Lahikainen pohtii.

Markus Lahikainen kirjoitti ylioppilaaksi Pieksämäen lukiosta keväällä 2010. Diplomi-insinööriksi hän valmistui jouluna 2016 Tampereen teknillisestä yliopistosta pääaineenaan kemia. Tämän jälkeen hän aloitti jatko-opinnot professori Arri Priimägin johtamassa Smart Photonic Materials -tutkimusryhmässä. Viimeiset puolitoista vuotta Lahikainen on toiminut kemian yliopisto-opettajana Tampereen yliopistossa.

DI Markus Lahikaisen väitöskirja Advanced Light Control Strategies of Polymer Networks for Soft Robotics tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 1.10.2021 klo 12 Hervannan kampuksella Festia-rakennuksen salissa FA032, Pieni Sali 1 (Korkeakoulunkatu 8, Tampere). Väitöstä voi seurata myös etäyhteydellä. Vastaväittelijänä toimii professori Jan Lagerwall Luxembourgin yliopistosta. Kustoksena toimii professori Arri Priimägi tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.