Robotiikan tulevaisuus: Pehmeät materiaalit mullistavat teknologiaa!

Robotiikan tulevaisuus: Pehmeät materiaalit mullistavat teknologiaa!

Robottitekniikka on kehittynyt nopeasti viime vuosikymmeninä. Nousemassa on innovatiivinen trendi, joka mullistaa pehmeiden materiaalien käytön robotiikassa. Teräksen ja alumiinin sijaan nykyaikaiset pehmeät robotit luottavat viskoelastisiin polymeereihin, joilla on sekä elastisia että viskoosisia ominaisuuksia. Nämä materiaalit reagoivat eri tavalla voimaan, ja mekaaninen käyttäytyminen riippuu kuorman kestosta ja nopeudesta, kuten esim Stuttgartin yliopisto kommunikoi.

Viskoelastiset polymeerit avaavat uusia suunnittelumahdollisuuksia roboteille tekemällä niistä joustavampia ja mukautuvampia. Nopeassa kuormituksessa ne osoittavat elastista käyttäytymistä, kun taas hitaampien liikkeiden aikana ne kehittävät viskoosisempia ominaisuuksia. Näiden materiaalien kehittämiseen liittyy tarve luoda rakennesuunnitelmia millimetrin mittakaavassa. Tutkijoiden on myös ymmärrettävä viskoelastisen muodonmuutoksen ja mekaanisen epävakauden välinen raja toteuttaakseen tarkoituksenmukaisesti suunniteltuja rakenteita, jotka tunnetaan mekaanisina metamateriaaleina.

Pehmeä vallankumous

Pehmeiden robottien kehitys on osa suurempaa "pehmeää vallankumousta", joka vaikuttaa sekä robotiikkaan että elektroniikkaan. Tämä uusi teknologia voi tarjota ratkaisevia etuja ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutuksessa, koska pehmeisiin materiaaleihin perustuvat robotit voivat olla paremmin vuorovaikutuksessa ympäristönsä ja ihmisten kanssa. Erityisen lupaavaa on materiaalien, kuten hydrogeelien, käyttö, jotka sitovat vettä polymeeriverkostoissa. Ne tarjoavat luonnosta tunnettuja ominaisuuksia, kuten aivokudoksen pehmeyden tai jänteiden sitkeyden, raportoi Johannes Keplerin yliopisto.

JKU:n Christoph Keplingerin kaltaiset tutkijat työskentelevät lihaksia jäljittelevien toimilaitteiden parissa ja ovat edistyneet itseparantumismekanismeissa. Nämä teknologiat mahdollistavat haptisten, lämpötilan ja kosteuden antureilla varustetun keinoihon kehittämisen.

Pehmeät materiaalit biolääketieteen yhteydessä

Pehmeiden materiaalien potentiaali ulottuu myös biolääketieteessä. Niillä voisi olla keskeinen rooli keinotekoisten raajojen ja elinten kehittämisessä tarjoamalla mekaanista tukea ja mahdollistamalla uusia diagnostisia laitteita. Biomimeettisen hydrogeelipohjaisen elektroniikan ja robotiikkajärjestelmien käyttö voi vähentää loukkaantumisriskiä dramaattisesti erityisesti katastrofitilanteissa.

Euroopan tutkimusneuvosto on jo investoinut 1,5 miljoonaa euroa näiden aiheiden tutkimukseen. Kehitys etenee nopeasti ja 2000-luku saattaa jäädä historiaan pehmeän aineen aikakautena, kuten tämä Mainzin yliopiston aikakauslehti määrittää.

Akateeminen koulutus pehmeiden materiaalien alalla

Tämän suuntauksen tukemiseksi käynnistettiin kansainvälinen maisteriohjelma ”Soft Matter and Materials” Mainzin Johannes Gutenbergin yliopistossa ja Darmstadtin teknillisessä yliopistossa. Ohjelma alkoi talvilukukaudella 2023/2024 ja noudattaa tieteidenvälistä lähestymistapaa, joka yhdistää kemian, fysiikan, materiaalitieteen ja matematiikan. Professorit, kuten Regine von Klitzing ja Sebastian Seiffert, johtavat ohjelmaa, joka opetetaan kokonaan englanniksi houkuttelemaan kansainvälisiä opiskelijoita.

Tämä kurssi voisi paitsi edistää uusien tutkijoiden ja insinöörien koulutusta, myös edistää yhteistyötä Rein-Mainin alueen teollisuuden kanssa, joka on aktiivisesti mukana tutkimuksessa pehmeiden materiaalien alalla. Tämä luo perustan innovatiivisille ratkaisuille, jotka voivat voittaa sekä teknologiset että sosiaaliset haasteet.