Teksti Markus Lahikainen
Mitä sinulle tulee mieleen sanasta robotti? Ehkä ajattelit erilaisia teollisuuskoneita, jotka siirtävät esineitä tuotantolinjalla? Ehkä mietit erilaisia kauko-ohjattavia lelukoiria, jotka liikkuvat paikasta toiseen ja haukkuvat. Tai ehkä mieleesi tulivat Star Warsista tutut sympaattiset ihmisrobotit C-3PO ja R2-D2.
Robotit mielletään yleensä sähköjohtoja ja tekoälyä sisältäväksi metallikuorisiksi laitteiksi. Tällaisille laitteille on tulevaisuudessa varmasti paljon käyttöä, mutta samaan aikaan me Tampereella ja tutkijat muualla maailmassa olemme alkaneet pohtia robotin käsitettä aivan uudella tavalla. Kuinka korvata isot ja painavat sähkökomponentit ja tehdä robotit pienemmiksi ja ihmisystävällisiksi? Voiko ”ei-elävä” materiaali tehdä päätöksiä ja oppia? Voisiko materiaali itsessään toimia koneena?
Tästä ajatustyöstä on syntynyt aivan uusi tutkimusala: valolla ohjattavat polymeerirobotit. Nämä robotit ovat pieniä, vain noin senttimetrin kokoisia pehmeitä kappaleita, jotka on valmistettu polymeereistä. Polymeerit, tai muovit, ovat mielenkiintoisia materiaaleja, sillä käyttämällä vain muutamaa valmistustekniikka voimme valmistaa hyvin erilaisia robotteja. Polymeereistä valmistetut materiaalit voivat olla venyviä tai jäykkiä, pehmeitä tai kovia, värillisiä tai läpinäkyviä.
TAMPEREELLA KEHITETYT polymeerirobotit käyttävät polttoaineenaan valoenergiaa. Valo on erinomainen energianlähde, sillä esimerkiksi auringonvaloa on kaikkialla. Lisäksi valon ominaisuuksia, kuten voimakkuutta ja väriä, voidaan muuttaa helposti.
Mutta kuinka tämä valo-ohjaus oikein toimii? Polymeerirobotit sisältävät niin kutsuttuja valokytkimiä. Valokytkimet ovat nanometrin kokoisia molekyylejä, jotka kykenevät muuttamaan muotoaan, kun niihin osuu sopivan väristä valoa (ks. kuva).
Senttimetrin koostaan huolimatta robotit sisältävät biljoonia ja biljoonia valokytkimiä. Kun valo osuu robottiin, alkujaan suorat valokytkimet taipuvat tuottaen samalla lämpöä ja saavat koko robotin liikkumaan. Kun valo sammutetaan tai kun käytetään toisen väristä valoa, valokytkimet palautuvat suoriksi ja robotti liikkuu toiseen suuntaan.
Valokytkimien avulla valo-ohjaus voidaan rakentaa robotin sisään molekyylitasolle jo valmistusvaiheessa. Tällöin päästään eroon normaaleissa roboteissa käytetyistä sähkökomponenteista ja roboteista voidaan tehdä hyvinkin pieniä.
”Ehkä voimme tulevaisuudessa niellä pienen polymeerirobotin, joka ohjataan valon avulla haluttuun paikkaan kehossa vaikkapa tuhoamaan syöpäsoluja.”
MIHIN NÄITÄ ROBOTTEJA voitaisiin käyttää? Toistaiseksi valorobottien tutkiminen keskittyy yliopistoihin ja on niin sanottua perustutkimusta, jossa pyritään ymmärtämään paremmin materiaalin käyttäytymistä. Orgaaniset synteetikot valmistavat uusia valokytkimiä, polymeerikemistit etsivät uusia, ominaisuuksiltaan parempia materiaaleja ja materiaalikemistit tutkivat robottien ominaisuuksia tämän päivän huipputeknologian avulla. Insinöörit puolestaan pohtivat, kuinka robottien liikettä voitaisiin hienosäätää itseohjautuvaan ja autonomiseen suuntaan.
Valorobottien käytännön sovellukset voisivat tulevaisuudessa löytyä esimerkiksi biotieteissä. Jo tällä hetkellä on viitteitä, että valorobottien avulla pystytään manipuloimaan eläviä soluja tai ohjamaan solujen jakaantumista ja kasvua. Ehkä voimme tulevaisuudessa niellä pienen polymeerirobotin, joka ohjataan valon avulla haluttuun paikkaan kehossa vaikkapa tuhoamaan syöpäsoluja. Valorobottien potentiaali on huima, rajana on vain mielikuvitus.
Tutkimusta Tampereella
- Polymeerirobotteja ja valokytkimiä tutkitaan Tampereen yliopistossa kemian yksikössä professori Arri Priimägin johtamassa Smart Photonics Materials- sekä akatemiatutkija Hao Zengin Light Robots -tutkimusryhmissä.
