Kevytrobotti lentää pelkän tuulen ja valon voimalla

Tampereen yliopiston akatemiatutkija, projektin johtaja Hao Zeng ja väitöskirjatutkija Jianfeng Yang ovat kehittäneet pienikokoisen valoon reagoivista polymeereistä koostetun robotin, joka voi lentää tuulen avulla ja voidaan ohjata valolla. Projekti on osa FAIRY – Flying Aero-robots based on Light Responsive Materials Assembly -tutkimushanketta.

Zengin ja Yangin kehittämässä keinotekoisessa keijussa on useita biomimeettisiä ominaisuuksia: suuren huokoisuutensa (0,95) ja kevyen (1,2 mg) rakenteensa ansiosta se voi helposti leijua ilmassa tuulen mukana. Lisäksi vakaa, erotettu pyörrerengas mahdollistaa pitkän lentomatkan tuulen avustamana.

Reagoivan polymeerimateriaalin avulla voidaan kehittää keinotekoisia, itsenäisesti toimivia rakenteita.Kuva: Jianfeng Yang / Tampereen yliopisto

Valon avulla voidaan tutkijoiden mukaan muuttaa minirobotin rakenteen muotoa, joka muistuttaa pientä voikukan siementä. Muotoaan muuttamalla keiju voi mukautua manuaalisesti tuulen suunnan ja voiman mukaan. ’ ’Keiju voi saada virtaa ja sitä voidaan ohjata valonlähteellä’’, kuten lasersäteellä tai LEDillä, sanoo projektin vetäjä Hao Zeng.

Ärsykkeisiin reagoivien polymeerien kehittämisen myötä myös edistyneiden pienikokoisten, langattomasti ohjattavien ja pehmeärunkoisten robottien valmistamiseen on auennut uusia mahdollisuuksia.

’’Keijurobotti on varustettu pehmeällä, valoon reagoivasta nestekiteisestä elastomeerista valmistetulla toimilaitteella, joka saa haituvat avautumaan tai sulkeutumaan näkyvässä valossa’’, Zeng kertoo. Valonsäteen avulla voidaan ohjata tämän polymeerikokoonpanon lentoonlähtöä ja laskeutumista.

Insinöörit ovat jo jonkin aikaa osanneet hyödyntää polymeerimateriaaleja valmistettaessa pienikokoisia robotteja, jotka osaavat kävellä, uida ja hypätä. Mutta toistaiseksi niitä ei ole saatu lentämään. Siihen tuovat uutta Tampereen yliopiston tutkijat passiivisesti lentävän robotin ideoinnilla.

Seuraavaksi tamperelaistutkijat keskittyvät parantamaan materiaalin herkkyyttä, jotta laite voisi toimia auringonvalon avulla. Lisäksi he aikovat muokata rakenteen mittoja niin, että se voi kuljettaa mikroelektronisia laitteita, kuten GPS:ää ja antureita, sekä biokemiallisia yhdisteitä.

Ensin on kuitenkin tutkijoiden mukaan ratkaistava monia ongelmia. Miten esimerkiksi robotin laskeutumista oikeaan kohtaan voidaan ohjata tarkasti? Miten laitteita voidaan käyttää uudelleen? Miten niistä tehdään biologisesti hajoavia? Nämä kysymykset edellyttävät tutkijoilta tiivistä yhteistyötä muiden materiaalitutkijoiden ja mikrorobotiikan parissa työskentelevien tutkijoiden välillä.

Tampereen yliopiston FAIRY-hanke on alkanut syyskuussa 2021 ja kestää elokuuhun 2026 asti. Hanketta rahoittaa Suomen Akatemia. Lentävän robotin tutkimuksessa yhteistyössä ovat olleet mukana tohtori Wenqi Hu älykkäiden järjestelmien Max Planck for Intelligent Systems -tutkimusinstituutista ja tohtori Hang Zhang Aalto-yliopistosta.

Lisää: Artikkeli Advanced Science -lehdessä 27.12.2022 (LINKKI)

Kuva: Tavalliset voikukan siemenet innoittivat Hao Zengiä ja Jianfeng Yangia kehittämään keinotekoisen keijurobottinsa. Kuva: Jianfeng Yang / Tampereen yliopisto