Kevyempiä ja pehmeämpiä ja robotteja

Ärsykkeisiin reagoivien polymeerien kehitys on tuonut runsaasti materiaaleihin liittyviä mahdollisuuksia seuraavan sukupolven pienimuotoisille, langattomasti ohjatuille pehmeärunkoisille roboteille.

Tampereen yliopiston Light Robots -ryhmä tutkii nyt, miten älykäs materiaali saadaan lentämään.

Akatemiatutkija ja ryhmän johtaja Hao Zeng sekä tohtoritutkija Jianfeng Yang ovat keksineet uuden suunnitelman FAIRY-Flying Aero-robots -projektilleen.

He ovat kehittäneet polymeereistä kootun robotin, joka lentää tuulella ja jota valo ohjaa. Voikukan siemenen kaltaisen robotin toimilaite on valmistettu valoherkästä nestekide-elastomeerista ja se toimii näkyvän valon virityksellä.

"Keijua voidaan käyttää ja ohjata valonlähteellä, kuten lasersäteellä tai ledillä", Zeng sanoo.

Tämä tarkoittaa, että valolla voidaan muuttaa pienen voikukan siemenmäisen rakenteen muotoa. Keiju voi mukautua manuaalisesti tuulen suuntaan ja voimaan muuttamalla muotoaan. Valosädettä voidaan käyttää myös ohjaamaan polymeerikokoonpanon lentoonlähtö- ja laskutoimia.

Kielin yliopiston materiaalitutkijat ovat puolestaan kehittäneet uuden pehmeän johtavan materiaalin. Toisin kuin tavanomaiset pehmeät johtimet, sen sähköiset ominaisuudet ovat erittäin vakaat jopa muodonmuutoksen jälkeen.

Myös "pehmeät" robotit tarvitsevat joustavia sähköjohteita viestiäkseen antureidensa ja toimilaitteidensa välillä. "Perinteiset metallijohtimet johtavat hyvin sähköä, mutta ne ovat liian jäykkiä joustaville komponenteille. Muodonmuutoksissa niiden resistanssi muuttuu ja tämä vaikeuttaa niiden käyttöä pehmeässä robotiikassa", kertoo tohtori Fabian Schütt.

"Nyt kehitetyn materiaalin alkuperäiset sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet säilyvät jopa 2000 työsyklin 50 %:n puristuksen jälkeen", sanoo tohtoritutkija Igor Barg.

Huokoisen sienen kaltaisen materiaalin langat koostuvat toisiinsa yhdistetyistä mikroputkista, jotka on valmistettu sähköä johtavasta polymeeristä. Tämä herkkä verkkorakenne tekee materiaalista erittäin kevyen ja samalla erittäin joustavan.

”Joustavia, sienimäisiä johtimia on tutkittu ennekin mutta heti kun ne ovat epämuodostuneita, myös resistanssi vastus muuttuu ns. pietsoresistiivisen vaikutuksen vuoksi”, Barg selittää. Tämän vaikutuksen välttämiseksi ryhmä pinnoitti eli eristi materiaalinsa johtamattomalla, nano-ohuella PTFE-kalvolla.

Nanoeristeellä johtimia estetään myös saamasta kosketusta toisiinsa kun sienirakennetta puristetaan. Eristys parantaa myös johtimien mekaanista vakautta ja suojaa niiden sähköisiä ominaisuuksia ulkoisilta vaikutuksilta, kuten kosteudelta.

Aiheista aiemmin:

Pienten lentäjien lennonhallintaa