Keinotekoinen, valo-ohjattava vaahteran siemen voisi kerätä ympäristödataa hankalistakin paikoista
Tampereen yliopiston ja Pittsburghin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet minirobotin, joka jäljittelee vaahteran siementen tanssia ilmavirtausten mukana. Robotti voisi tulevaisuudessa havainnoida reaaliaikaisesti ympäristöä tai kuljettaa pieniä näytteitä haastavissakin olosuhteissa, kuten aavikoilla, vuoristoissa, jyrkänteillä ja avomerellä. Teknologia voisi mullistaa muun muassa etsintäpalvelut, uhanalaisten lajien tutkimuksen sekä infrastruktuurien valvonnan.
Tampereen yliopiston Light Robots -tutkimusryhmän professori Hao Zengin ja väitöskirjatutkija Jianfeng Yangin tutkimus risteilee fysiikan, pehmeän mekaniikan ja materiaalitekniikan rajapinnoilla. Tutkijat ovat hakeneet kehittämiinsä valolla ohjattaviin polymeerirakenteisiin innoitusta luonnosta.
Yhteisessä tutkimushankkeessaan Zeng, Yang sekä yhdysvaltalaisen Pittsburghin yliopiston Swanson School of Engineeringin professori M. Ravi Shankar hyödyntävät älymateriaalia, joka mahdollistaa keinotekoisten vaahteran siementen lentoratojen säätelyn valon avulla.
Luonnossa vaahteran kukasta kehittyy lohkohedelmä, jossa on kaksi lenninsiivellistä siementä, joiden avulla puu leviää uusille kasvupaikoille. Lenninsiipien ansiosta siemenet tekevät pyörivää liikettä pudotessaan ja liitäessään ilmavirrassa. Lenninsiipien muoto määrittää siementen lentoradan.
Tutkijoiden mukaan keinotekoisten siementen laskeutumista ja lentoa voidaan ohjata tarkasti valon avulla. Tulevaisuudessa niihin voidaan integroida ympäristöä havainnoivia mikroantureita tai niiden avulla voidaan kuljettaa esimerkiksi pieniä maanäytteitä.
Hi-tec robotti on aitoa siementä mukautuvampi
Suomalaisten puulajien tuulen mukana leviävät siemenet ovat innoittaneet tutkijoita minirobottien kehittelyssä. Eri puulajien siemenillä on kaikilla oma, ainutlaatuinen lentoratansa. Tutkijat pohtivat, miten keinotekoisilla materiaaleilla voitaisiin jäljitellä vastaavaa rakennetta ja siementen kevyttä liitelyä ilmavirrassa.
– Valolla ohjattavat minirobotit on suunniteltu leijumaan vapaasti ja leviämään laajalle alueelle ilmavirtausten mukana. GPS-paikantimilla ja antureilla varustettuina ne voivat reaaliaikaisesti havainnoida ympäristön olosuhteita, kuten pH-arvoja ja raskasmetallipitoisuuksia, Yang selventää.
Minirobotti on valmistettu atsobentseeniä sisältävästä, valoon reagoivasta nestekiteisestä elastomeerista. Robotin aerodynaamisia ominaisuuksia voidaan hienosäätää muuttamalla sen muotoa valon avulla.
– Keinotekoiset vaahteran siemenet päihittävät aidot, koska niiden loppunopeutta, kiertonopeutta ja leijunta-asentoja voidaan säädellä. Kierteisliike auttaa siemeniä kulkeutumaan kauemmas tuulen mukana, Zeng kertoo.
Valoon reagoivilla materiaaleilla kiinnostavia käyttömahdollisuuksia
Vuoden 2023 alussa Zeng ja Yang julkaisivat ensimmäisen, voikukan siemeniä jäljittelevän minirobottinsa, jonka he kehittivät Suomen akatemian rahoittamassa FAIRY-hankkeessa (Flying Aero-robots based on Light Responsive Materials Assembly – FAIRY). Uusin robotti on osa samaa tutkimushanketta. Hanke käynnistyi syyskuussa 2021 ja jatkuu vuoden 2026 elokuuhun.
– Esimerkiksi siemenillä, bakteereilla ja hyönteisillä on valtavasti erilaisia tapoja liikkua ja lisääntyä. Luonnon mekanismit ovat usein yksinkertaisia mutta uskomattoman tehokkaita, Ravi Shankar sanoo.
– Valoon reagoivien materiaalien kehityksessä on edistetty huomattavasti, ja pystymme jo ohjaamaan niiden mekaanista käyttäytymistä lähes molekyylitasoisesti. Nyt meillä on valmius kehittää mikrorobotteja, drooneja ja antureita, jotka voivat toimia vaikeapääsyisillä alueilla ja lähettää kriittistä dataa. Tällainen teknologia voisi mullistaa muun muassa etsintä- ja pelastuspalvelut, uhanalaisten lajien ja vieraslajien tutkimuksen sekä infrastruktuurien valvonnan, hän lisää.
Jianfeng Yangin, M. Ravi Shankarin ja Hao Zengin artikkeli "Photochemical Responsive Polymer Films Enable Tunable Gliding Flight" ilmestyi Nature Communications -lehdessä 1.6.2024.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Hao Zeng
hao.zeng@tuni.fi
Huom! Yhteydenotot englanniksi.
Kuvat
Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 22 000 opiskelijaa ja henkilöstöä yli 4 000. Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto
Light-controlled artificial maple seeds could monitor the environment even in hard-to-reach locations27.6.2024 09:46:25 EEST | Tiedote
Researchers from Tampere University, Finland, and the University of Pittsburgh, USA, have developed a tiny robot replicating the aerial dance of falling maple seeds. In the future, this robot could be used for real-time environmental monitoring or delivery of small samples even in inaccessible terrain such as deserts, mountains or cliffs, or the open sea. This technology could be a game changer for fields such as search-and-rescue, endangered species studies, or infrastructure monitoring.
Muistisairaiden ympärivuorokautiseen hoitoon pääsyssä ja hoidon laadussa näkyy hoivaköyhyyden merkkejä26.6.2024 13:25:00 EEST | Tiedote
Tuoreessa tutkimuksessa tarkasteltiin hoivakodeissa asuvien muistisairaiden henkilöiden kohtaamattomia hoidontarpeita läheisten näkökulmasta. Tulosten perusteella muistisairaan hoitoon pääseminen saattoi edellyttää paitsi mittavia hoidontarpeita ja avointa paikkaa, myös todentuneita riskejä. Lisäksi hoitopaikan saaminen ei kaikkien kohdalla johtanut tarpeita vastaavaan hoitoon.
Lupaavan keliakialääkkeen toimivuus gluteenin aiheuttaman suolistovaurion estämisessä osoitettiin molekyylitasolla24.6.2024 12:50:00 EEST | Tiedote
Tuoreessa Tampereen yliopiston johtamassa tutkimuksessa selvitettiin molekyylitason vaikutusmekanismien analyysin avulla, voisiko transglutaminaasi 2:n estäjä toimia keliakialääkkeenä. Aiemmissa kudostutkimuksissa on osoitettu, että transglutaminaasi 2:n estäjä ehkäisee gluteenin aiheuttamia limakalvovaurioita. Nyt saadut, yli 10 000 geenin aktiivisuuteen perustuvat tulokset antavat erittäin vahvaa näyttöä, että ensimmäinen toimiva keliakialääke saattaa olla käsillä.
Väitös: Uusia algoritmeja atomi- ja molekyylifysiikkaan24.6.2024 10:00:00 EEST | Tiedote
Filosofian maisteri Tommi Höynälänmaa kehitti väitöskirjassaan aallokkeiksi kutsuttuja funktioita käyttäviä algoritmeja atomi- ja molekyylilaskentaan. Tutkimustuloksia voidaan hyödyntää muun muassa kvanttifysiikassa.
Tampereen yliopiston EVIL-AI-hanke tutkii ja torjuu tekoälyn pimeää puolta.19.6.2024 11:43:09 EEST | Tiedote
Jane ja Aatos Erkon säätiö on myöntänyt 1,4 miljoonaa euroa Tampereen yliopiston EVIL-AI-hankkeelle, jossa tutkitaan tekoälyn pimeää puolta. Hankkeen tavoitteena on tunnistaa ja ehkäistä tekoälyagenttien eli ohjelmistojen ja järjestelmien haittavaikutuksia, kuten epäeettistä ja rikollista toimintaa. Jotta tekoälyä voidaan hyödyntää turvallisesti, sen haittoja täytyy hallita.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme