Aalto-yliopiston ja Tampereen yliopiston materiaalitutkijat ovat opettaneet nestekidemuovin liikkumaan ja tarttumaan esineisiin.
Opettaminen tapahtui tutkijoiden jo aiemmin hyväksi havaitsemalla menetelmällä eli ehdollistamisella. Toisin sanoen he kouluttivat materiaalia samoin kuin kuuluisa venäläispsykologi Ivan Pavlov aikoinaan koiraa.
Pavlov soitti kelloa aina ruokkiessaan koiraa. Eläin oppi yhdistämään äänen ruokaan ja alkoi kuolata heti soiton kuultuaan, vaikka se ei haistanut eikä nähnyt syötävää.
Tampereen yliopiston professorin Arri Priimäen mukaan materiaaleille voidaan ehdollistamisella opettaa uusia temppuja, kuten värien tunnistamista tai liikkumista.
Muovin kouluttamiseen käytettiin lämpöä ja valoa. Lopulta pelkkä valo sai muovin toimimaan ikään kuin sitä olisi lämmitetty.
”Nestekidemuovi ei ensin reagoinut valoon lainkaan, mutta se oppi prosessin aikana kulkemaan ja tarttumaan esineisiin valon ohjauksesta”, kuvailee professori Olli Ikkala Aalto-yliopistosta.
Muoville muodostui muisti
Olennaisessa osassa muovin taipumisessa ja muodonmuutoksessa on sen sisältämien nestekidemolekyylien asemoituminen toisiinsa nähden.
Kun muovia lämmitetään, nestekidepolymeerin pinnalle levitetty väriaine tunkeutuu materiaalin sisään. Tällöin koko muovin väri muuttuu.
Värinmuutos tekee muovista valolle aktiivisen, eli sille muodostuu muisti. Koska eri väriaineet ovat aktiivisia eri valonpituuksille, ne voivat säädellä muistia.
”Lisäksi molekyylit pitää materiaalia rakentaessa asemoida niin, että materiaali reagoi halutulla tavalla ensin lämmittäessä ja myöhemmin muistinsa avulla eli valon vaikutuksesta”, Ikkala kertoo.
Sopii pehmeisiin robotteihin
Uudenlaista oppimista voidaan tutkijoiden mukaan hyödyntää pehmeässä robotiikassa. Pehmeät robotit ottavat mallia ihmiskehosta ja luonnosta.
Esimerkkinä ovat vaikkapa mustekalat, joiden lonkeroita robotit voisivat jäljitellä. Jokainen lonkero suorittaisi omaa tehtäväänsä.
Pehmeiden robottien yksi etu on, että ne osaavat tarttua kohteeseensa hyvin hellävaroin rusentamatta sitä.
Lisäksi pehmeitä robotteja voitaisiin kauko-ohjata esimerkiksi juuri valon avulla, siinä missä mekaaniset robotit tarvitsevat sähköjohdon tai ison, painavan akun.
Tutkimus voi poikia sovelluksia myös materiaalitekniikkaan. Tulevaisuudessa saatetaan rakentaa vaikkapa pinnoitteita, jotka muuttavat toimintaansa olosuhteiden mukaan.
Tutkimuksen julkaisi Matter-lehti. Videon liikkuvasta muovista voi katsoa täältä.
(Kuvassa) Nestekidemuovi oppi kulkemaan valon ohjaamana. Kuva: Tampereen yliopisto ja Aalto–yliopisto, Matter-julkaisu 2019.
