Muovirobotteja voidaan liikutella valon avulla
Hervannan kampuksella luodaan materiaaleja, jotka saadaan liikkumaan itsenäisesti ainoastaan valon avulla. Professori Arri Priimägi johtaa tutkimusryhmää, joka on saanut ERC-rahoitusta 1,5 miljoonaa euroa vuosille 2016-2021.
– Olemme kiinnostuneita valoon reagoivista materiaaleista. Käytännössä voimme valon avulla muuttaa muovikappaleen pituutta tai paksuutta. Näitä valolla tuotettuja liikkeitä voidaan sitten tulevaisuudessa hyödyntää esimerkiksi fotoniikassa ja erilaisissa sensoripinnoissa, Priimägi kertoo.
Priimägin tutkimustyö on huomioitu myös kotimaan kamaralla. Suomen Akatemia palkitsi Priimägin vuoden alussa tieteellisestä rohkeudesta. Akatemia on nimittänyt Arri Priimägin akatemiatutkijaksi kaudelle 2014–2019.
Fotoniikassa tutkimusryhmän tavoitteena on luoda esimerkiksi lasereita, joiden valon väriä voidaan säädellä. Spektroskopiassa tutkitaan lasereiden avulla eri materiaalien koostumusta. Eri materiaalit reagoivat eri tavalla eriväriseen laseriin, mihin tarvitaan helposti säädeltäviä lasereita.
Valo-ohjautuvia robotteja
Tutkimus on laajentunut myös valorobotiikan puolelle. Tampereen yliopiston tutkimusryhmä on osoittanut, että valon avulla voidaan liikuttaa pieniä muovikappaleita ennalta suunnitellulla tavalla. Tutkimustyöhön on etsitty inspiraatiota luonnosta.
– Olemme esimerkiksi luoneet keinoiiriksen, joka reagoi valoon samalla periaatteella kuin ihmissilmä. Lisäksi teimme optisen kärpäsloukun ja viimeisimpänä ”yökukan”, eli rakenteen, joka aukenee pimeässä ja vain silloin, kun ilmankosteus on riittävän korkea, Priimägi toteaa.
Valoon reagoivat muovinkappaleet ovat nestekidepolymeereja tai -elastomeereja. Elastomeereja käytetään myös esimerkiksi autonrenkaissa. Elastomeerit venyvät voimakkaasti, mutta palautuvat alkuperäiseen muotoonsa venymän aiheuttaman voiman poistuessa.
– Nestekiteisyyden avulla voimme saada materiaalien molekyylit osoittamaan haluamaamme suuntaan. Tämä mahdollistaa sen, että voimme saada materiaalista halutun kaltaista liikettä, Priimägi toteaa.
Tutkimustyön tavoitteena on tehdä roboteista mahdollisimman itsenäisiä ja entistä monipuolisempia.
– Haluamme mennä kohti materiaaleja, jotka reagoivat autonomisesti ja muokkautuvat ympäristön mukaan.
Pienen kokoluokan automatiikkaa
Nykyisellään valolla liikuteltavat robotit ovat kooltaan sentistä pariin senttimetriin.
– Teollisuudessa usein halutaan, että tuotetaan paljon voimaa. Näissä meidän tuotoksissa ei luonnollisesti puhuta isoista voimista ja olemme rajoittuneet pieniin kohteisiin. Sovelluskohdista täytyy keskustella jatkossa teollisuuden kanssa, tähän mennessä me olemme keskittyneet perustutkimukseen, Priimägi kertoo.
Parhaat sovelluskohteet voisivat löytyä tehtävistä, joissa tarvitaan sekä etäohjausta että pientä skaalaa. Valoon itsenäisesti reagoivien materiaalien liike voidaan ohjelmoida etukäteen, mikä tekee robotista autonomisen.
Valo kertoo monenlaisia tarinoita
Priimägi on aina pitänyt valoa kiinnostavana ilmiönä. Valo paljastaa maailmankaikkeudesta monia asioita, joita ihminen voi kokeellisesti pyrkiä ymmärtämään.
– Kaipa siinä valossa kiehtoo se, että suuri osa aistihavaintojen avulla saatavasta informaatiosta saadaan valon avulla. Teknisessä mielessä valo on mielenkiintoinen tutkimuskohde. Voimme katsoa tähtiä tai tutkia asioita mikroskooppisessa mittakaavassa, Priimägi.
Valo on yhtä aikaa sekä partikkeli että aalto. Tämä valon kaksoisluonne kiehtoo tutkijaa.
– Valossa on myös se filosofinen puoli, että onko se hiukkanen vai aalto. Tiedämme, että vastaus riippuu tutkimusasetelmasta. Valon luonne on filosofisesti mielenkiintoinen kysymys, Priimägi.
Teksti: Jaakko Kinnunen
Arri Priimägin tieteellinen rohkeus palkittiin akatemiapalkinnolla
