Tänapäeva insenerid otsivad inspiratsiooni kõikjalt meid ümbritsevast. Ka ülimalt tavapärasena tunduv vihmauss võib pakkuda ainest revolutsiooniliseks teadustööks. Vihmauss roomab mööda maapinda kordamööda oma külgedel olevaid lihaseid kokku tõmmates ning sirutades. Iga kokkutõmbe- ja sirutusliigutuse laine liigutab vihmaussi vaksakese jagu edasi. Sama liikumispõhimõtet, mida kutsutakse peristaltikaks, kasutavad ka teod ning merikurgid. Meie enese seedeelundkondki töötab samal viisil – lihaste kokkutõmbed lükkavad toitu edasi.

MIT (Massachusettsi Tehnoloogia Instituut), Harvardi Ülikooli ning Seouli Rahvusliku Ülikooli teadurid on konstrueerinud pehme autonoomse roboti, mis liigub ringi peristaltika põhimõttel. Ta roomab pinnal oma kehasegmente kokkutõmmates – nagu vihmausski. Robot, mis on valmistatud peaaegu täielikult pehmetest materjalidest, on märkimisväärselt vastupidav. Isegi pealeastumine ega haamriga löömine ei põhjusta talle kahjustusi.

MITi Esther ja Harold E. Edgerton nimelise mehaanikainstituudi aseprofessor Sangbae Kim ütleb, et taoline pehme robot on sobilik ringiliikumiseks raskesti läbitaval maastikul või kitsastes kohtades.

Roboti nimeks on „Meshworm“. Mesh tähendab inglise keeles võrgusilma ning roboti keha on loodud painduvast võrgusarnasest torust. Teadurid on loonud tehislihase nikli ja titaani sulamist tehtud traadist. Tegemist on mälu omava sulamiga, mis säilitab infot oma esialgse kuju kohta ning sirutub ning tõmbub kokku soojuse mõjul. Juhe on keritud ümber toru viisil, mis moodustab kehasegmente – nagu vihmaussigi keha. Väikestele juhtmesegmentidele rakendatakse pisikest voolu, mis tõmbab torukest kokku ja liigutab robotit edasi. Teadurite meeskond avaldas 2012. aastal roboti ehitusdisaini põhimõtted IEEE/ASME ajakirjas „Transactions on Mechatronics“.

Pehmed robotid

Viimase mõne aastakümne jooksul on uuritud mitmeid erinevaid võimalusi pehmete robotite loomiseks. Ilma raske ning puruneva riistvarata suudaksid pehmed robotid liigelda keerulisel maastikul ning uurida raskesti ligipääsetavaid kohti. Samuti oleksid nad inimeste jaoks ohutult pehmed.

Tõsiseimaks väljakutseks on olnud pehmete aktuaatorite või mootorite loomine, mis suudaksid taolisi roboteid liigutada. Ühe variandina on üritatud kasutada suruõhku, mida saaks ettevaatlikult läbi roboti pumbata tema edasiliigutamiseks. Kimi väitel vajavad aga taolised suruõhul toimivad süsteemid kohmakaid pumpasid. „Mikro-õhukompressori integreerimine väikesesse autonoomsesse robotisse on tõeline väljakutse“, ütleb Kim.

Kummalisest materjalist tehislihas

Selle asemel on Kim ja tema kolleegid otsinud uusi ideesid hoopis vihmaussidega lähemalt tutvust tehes. Nad tuvastasid, et meile hästituntud ussike on tehtud kahte sorti lihasgruppidest: rõngjad lihased, mis keerduvad ümber vihmaussi torusarnase kere ning pikisuunalised lihaskiud, mis jooksevad piki ussi keha. Mõlemad lihasgrupid töötavad koostöös, et ussi mööda maapinda edasi liigutada.

Teadurite meeskond lõi vihmaussi ehitusest lähtuvalt ka roboti liikumissüsteemi. Teadurid kasutasid pika toruja keha loomiseks võrgusarnast polümeerist lehte, mida keriti ning kuumutati. Ristuvatest polümeerkiududest loodud võrk võimaldab torul venituda ning kokkutõmbuda – sarnaselt vedrule.

Seejärel keskendusid teadurid tehislihase loomise võimalikkusele. Sõelale jäi nikkel-titaani sulam. „See on väga kummaline materjal“, ütleb Kim. „ Sõltuvalt nikli ja titaani suhtest, muutub tema käitumine totaalselt.“ Teatud temperatuuri ületades, jääb sulam olekusse, mida kutsutakse austeniidiks – korrapäraselt joondunud struktuur, mis võtab sarnaselt vedrule tagasi oma algse oleku ka peale märkimisväärset painutamist. Teatud temperatuurist allpool jääb sulam aga martensiidi nimelisse olekusse, mis sarnaselt kirjaklambrile säilitab kuju, millesse ta on painutatud.

Teadurid valmistasid tihedalt kokkukeerutatud nikkel-titaansulamist traadi, mis pandi ümber võrktoru – jäljendades vihmaussi rõngjate lihaskiudude segmendilist struktuuri. Seejärel paigaldati toruja keha sisse väike patarei ning trükkplaat, mis kandsid hoolt traadi kuumutamise eest kindlates kehasegmentides. Kui kehasegment saavutab ettenähtud temperatuuri, tõmbub traat keha ümber kokku pigistades sel viisil toru ja lükates robotit edasi. Kim ja tema kolleegid lõid sobilikud algoritmid, mis juhivad hoolikalt traadi soojenemist ja jahutamist viisil, et robotussike suudaks edasi liikuda.

Sarnaselt vihmaussi pikisuunalistele lihaskiududele paigaldas töögrupp robotile ka piki tema keha jooksvad traadid. Traadi kuumutamisel tõmbub keha kokku, tõmmates sellega robotit vasemale või paremale.

Robotit testiti mitmete haamrilöökidega ning astuti talle ka lausa peale. Vaatamata sellele suutis robot edukalt edasi liikuda. „Sa võid teda kuhugile visata ning ta roomab maandumiskohast ise edasi,“ räägib Kim. „Enamik mehaanilisi osasid on väikestes mõõtmetes ürpis haprad, kuid Meshworm on kiuline ning painduv. Lihased on pehmed ning keha on pehme.“

Vaatamata roboti vihmaussist märkimisväärselt lihtsamale ehitusele on ta muljetavaldava suutlikkusega. Järgmisel kümnendil võib taolisi kujumuutvaid tehislihaseid tõenäoliselt näha paljudes toodetes – mobiiltelefonides, sülearvutites ning autodes.

Kasutatud kirjandus:
http://web.mit.edu/newsoffice/2012/autonomous-earthworm-robot-0810.html