robotiikka

Svetisiläis-meksikolainen taiteilija Nicole Pérez on kehittänyt kolme pientä robottia, joiden ainoa tehtävä on tehdä parisuhteiden pieniä kiusoittelutoimia.

Muovipintaiset, hellän ja mukavan tuntuiset laitteet on suunniteltu esimerkiksi tuhraamaan huulipunaa tyynyyn, nipistämään ja tökkimään – eli tekemään juuri sellaisia tehtäviä, joita heteronormatiivisen pariskunnan naisjäsen perinteisesti tekee.

Paperiteollisuutta on nimitetty auringonlaskun alaksi jo kauan, mutta edelleen viime vuonna paperi ja kartonki kattoivat 13,7 % Suomen viennistä ja olivat tuoteryhmien kiistaton ykkönen.

Paperin ominaisuuksien tutkimukseen kannattaa siis edelleen panostaa. Yksi tällainen tutkimus on nyt perjantaina tarkastettava, Tampereen teknillisen yliopiston biolääketieteen tekniikan tiedekunnassa tutkijana työskentelevän Juha Hirvosen väitöskirja Computer Vision Measurements for Automated Microrobotic Paper Fiber Studies.

Se tarjoaa kiinnostavan, uuden näkökulman paperimassaan ja sen tekemiseen.

Eteläisessä Ranskassa, Cadarachessa ollaan rakentamassa parhaillaan ITER-fuusioreaktoria, jolla tullaan ensimmäistä kertaa testaamaan suuressa mittakaavassa olisiko tästä Auringon periaatteella toimivasta menetelmästä tulevaisuuden energialähteeksi. Ainakin periaatteessa fuusiovoima on turvallista ja rajatonta sekä ympäristön kannalta hyvin vastuullinen energialähde.

Ongelmana fuusiovoimalaitoksissa on kuitenkin se, että niiden reaktorin sisäosia on hyvin vaikeaa huoltaa ihmisvoimin sen jälkeen, kun voimala käynnistyy. Osin syynä on lyhytaikainen säteily, mitä reaktorin sisälle syntyy, mutta toisaalta reaktori on rakenteeltaan niin kompakti ja monimutkainen, ettei sen sisälle voi rakentaa erityisiä huoltotunneleita ihmisille.

Niinpä ITER tarvitsee edistyksellisiä huoltorobotteja ja etäoperointia. Suomalaiset ovat olleet näiden kehittämisessä sekä tarjoamisessa ITERin käyttöön jo aiemminkin aktiivisia, mutta nyt ITER-hankkeen tiimoilta on saatu Suomeen myös merkittävä tilaus. 

Kyseessä on Amec Foster Wheelerin allekirjoittama 70 miljoonan euron alihankintasopimus VTT:n ja Tampereen teknillisen yliopiston kanssa ITERin etäoperointiin liittyvästä työstä.

Kyseessä on mittava teollinen sopimus, joka kokonaisuudessaan oli liian iso suomalaisille tutkimusorganisaatioille. Siksi Euroopan osuudesta kansainvälisessä ITER-hankkeessa vastaava Fusion For Energy (F4E) -organisaatio teki seitsenvuotisen sopimuksen Amec Foster Wheeler -yhtiön kanssa, joka puolestaan on tehnyt sopimuksen suomalaisten kanssa.

Tarkalleen ottaen tilatussa toimituskokonaisuudessa on niin sanottu Neutral Beam -etähuoltolaitteisto.

VTT:n ja TTY:n tehtävät koskevat huollon etäoperointiin liittyvien laitteiden ja ohjausjärjestelmien suunnittelua ja testausta Tampereella sijaitsevassa Divertor Test Platform 2 (DTP2) -tutkimusympäristössä. Etäoperointijärjestelmä on tärkeä ITERin onnistumisen kannalta, koska reaktorikomponentteja pitää huoltaa ja vaihtaa etäoperoidusti sekä automaattisesti.

"ITER-laitoksen ja siihen sisältyvä huoltorobotiikan kehitystyö ovat haastavuudeltaan maailman mittakaavassa aivan omaa luokkaansa", toteaa liiketoiminta-alueen johtaja Jouko Suokas VTT:ltä. 

"Suomelle tämä on näkyvä tehtävä, ja pohjautuu yli 15 vuoden kehitystyöhön VTT:llä ja TTY:llä. Tähän nojautuvaa mekaniikkasuunnittelua sekä kamera-, ohjaus- ja virtuaalitekniikkaa voidaan soveltaa myös muussa teollisuudessa maailmanlaajuisesti."

"TTY:n ja VTT:n valinta yhteistyökumppaniksi osoittaa, että ne ovat etäoperoitavien järjestelmien alalla maailman ehdotonta kärkeä", sanoo Tampereen teknillisen yliopiston rehtori Markku Kivikoski.

"Tämä on myös hyvä esimerkki siitä, kuinka tutkimustuloksia pystytään tuomaan yhteiskunnan ja teollisuuden hyötykäyttöön."

Amec Foster Wheeler johtamassa hankkeessa ovat Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n ja Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) lisäksi mukana CCFE - Culham Centre for Fusion (Ison-Britannian kansallinen fuusiolaboratorio), Reel SAS Ranskasta, Walischmiller Engineering GmbH Saksasta, Hyde Group ja Capula Isosta-Britanniasta sekä Magyics Belgiasta.

ITER-tilaus edesauttaa myös teollisuusautomaation sekä etäoperoinnin tutkimusta sekä sovellusten tekemistä Suomessa. Vastaavaa teknologiaa hyödynnetään avaruuslennoilla sekä vedenalaisissa ja maanalaisissa tehtävissä. Sitä mukaa kun teollisuuden laitteistot tulevat monimutkaisemmiksi, on etäoperoinnille kysyntää myös perinteisesti ihmisten huoltamissa laitteistoissa. Järjestelmässä yhdistyvät robotiikka, kehittyneet teknologiset työkalut, tehokkaat tietokoneet ja virtuaalisen todellisuuden menetelmät.

Alla on ITER-konsortion tekemä video vierailusta Tampereella.

Kalifornian yliopiston Berkeleyn kampuksella on toiminnassa robotti, jonka me kaikki varmaankin haluaisimme kotiin: laitteen nimi on BRETT, eli Berkeleyn robotti tylsien toimien tekemistä varten (Berkeley Robot for the Elimination of Tedious Tasks), ja nimi kertoo kaiken siitä mihin tutkijat ovat sen toivottavasti pystyvän.

Suuri osa kotitalouksien tylsistä toimista on kuitenkin aika monimutkaisia ja ne vaativat varsin paljon älykkyyttä. Kyse on aika usein eräänlaisesta palikkatestistä: pitää löytää samankaltaisia esineitä ja tehdä niille jotain, ja toistaa samaa monta kertaa, paitsi hyvin harvoin esineet ovat aian samanlaisia ja tarkasti ennalta määritetyillä paikoillaan.

Koska kaikkia arkisen elämän tehtäviä ei kerta kaikkiaan voi opettaa robotille ennalta, onkin hankkeen tärkein päämäärä kehittää robotille kyky yrittää ja oppia erehdyksistään. Algoritmien suunnittelijoiden kannalta kyse on oikeastaan siitä, että robotti käsketään yrittämään jotain asiaa uudelleen ja uudelleen hieman eri tavoilla, kunnes tehtävä onnistuu.

Eräs tällainen esimerkki on palasista koostuvan lelun kokoaminen.  Robotti voi ensin kuvata osia eri puolilta ja hahmottaa millaisista osista on kyse. Tekoälyn avulla se pohtii erilaisia tapoja liittää osia toisiinsa ja siirtyy sitten koettamaan näitä.

Berkeleyn tutkijaryhmä kertoi tänään Seattlessa pidettävässä robotiikan ja automaation konferenssissa saavuttaneensa tässä läpimurron. BRETT onnistuu tekemään sille uusia tehtäviä itsenäisesti yrityksen ja erehdyksen metodilla; robotti laitettiin esimerkiksi ripustamaan vaatteita henkareissa tangolle  ilman, että sille on kerrottu tietoja ympäristöstään tai tangon sekä ripustimien sijainneista. 

Periaatteessa siis BRETT voidaan laittaa vain huoneeseen ja kertoa sille, että “laita vaatteet roikkumaan”. Kun ajatellaan tulevaisuuden kotirobotteja, on tämä erittäin tärkeä askel eteenpäin. Niiden täytyy pystyä itse keksimään miten asiat tehdään, hahmottamaan paikkansa tilassa ja määrittämään käsivarsiensa liikeradat tilassa. Ja muodostamaan sitten tehtäväsarjan, jonka muistamalla ja muokkaamalla robotti pystyy suoriutumaan vastaavanlaisista tehtävistä hieman eri tilanteissa.

Tallinnan teknillisessä yliopistossa on vesitankki ja tankissa on kummallinen kala: vaalea, muovinen robottikala, jolla on mustasta kumista tehty, vaihdettava pyrstö. Polskiessa pyrstö kuluu nopeiten, joten se voidaan vaihtaa nopeasti uuteen.

Yliopiston biorobotiikan keskuksen vetäjä, professori Maarja Kruusmaa on tutkinut kaloja ja kehittänyt robottipolskijaa jo usean vuoden ajan työryhmänsä kanssa. Useamman pienen kalamallin jälkeen ryhmä on saanut aikaiseksi myös kilpikonnan tavoin liikkuvan vedenalaisen, mutta silti vesitankissa väsymättä uiva robottikala on ryhmän tärkein tuote ja tutkimuskohde.

Kyseessä on vaatimattomasta ulkonäöstä huolimatta varsin hienostunut laite. Kruusmaan ryhmä on yhdessä brittien ja saksalaisten kanssa tarkkailleet kaloja, niiden tapoja saada tietoa ympäristöstään ja liikkua virtauksissa, ja koittaneet tehdä robottikalasta samaan tapaan käyttäytyvän.

Tavoitteena on laite, joka voitaisiin päästää vapaasti mereen tekemään siellä mittauksia ja tutkimuksia. Koska robottikala näyttää oikealta kalalta (etenkin kun sitä naamioidaan), voitaisiin niitä myös lähettää tutkimaan oikeiden kalojen käyttäytymistä niiden luonnollisissa elinympäristöissä. Eräs konkreettinen suunnitelma onkin käyttää robottikaloja Euroopan suurissa joissa voimalaitosten lähellä selvittämään kuinka oikeat kalat voimalaitosten lähettyville rakennettujen kalareittien läpi.

Robottikalat voitaisiin valjastaa myös oppaiden hommiin näyttämään luonnollisille kalakavereilleen tien Itämereen laskevissa joissa voimalaitosten ja muiden esteiden ohi mereen, jolloin voitaisiin auttaa säilyttämään kalakantoja.

"Kestävät kalakannat Itämerellä edellyttävät, että kalat pääsevät jokisuille kutemaan", kertoo tutkija Joni Kämäräinen tallinnalaisten tutkimukseen osallistuvasta Tampereen teknillisestä yliopistosta. "Niiden on selvittävä padottujen jokien kalaportaista, joiden virtauksille ne ovat herkkiä."

"Jos kaloille rakennetut väylät eivät toimi, kalat eivät pääse vaeltamaan luontaisia tuhansien vuosien aikana muodostuneita reittejään. Ekosysteemi kärsii, kun syntyy kalakato, ja saatamme jopa menettää jotain lajeja. Ruokakalojen osalta se vaikuttaa myös ihmiseen: kalaa ei ehkä riitä enää lautaselle."

Pieni sukellusvene laskettiin tammikuussa Etelämantereella sijaitsevaan jäänalaiseen Whillans-järveen, ja se onnistui nappaamaan paitsi paljon kiinnostavia tietoja ja näytteitä, niin myös ensimmäiset kunnolliset kuvat oudosta Antarktiksen maailmasta.

Whillans on eräs Etelämantereen jääkuoren alla olevista tuntemattomista järvistä, jotka ovat olleet vuosituhansia pimeässä ja eristyksissä muusta maailmasta. Se on pinta-alaltaan noin 50 neliökilometriä ja sijaitsee noin 600 metrin syvyydessä Rossin jäälautan alla mantereen reunalla, noin 1100 kilometrin päässä lähimmästä tutkimusasemasta.

Syvyyksissä lämpötila on juuri ja juuri nollan yläpuolella, eli vesi voi olla nestemäisessä muodossaan. Rossin jäälautan paksun jääkannen sisällä on suuri vesialue, joka on laajuudeltaan noin Yhdysvaltain kokoinen.

Kuuluisin Etelämantereen jäänalaisista järvistä on venäläisen Vostok-tutkimusaseman luona mantereen itäpuolella oleva noin 250 km pitkä ja 50 km leveä makeaa vettä sisältävä järvi, joka sijaitsee noin neljän kilometrin syvyydessä (meren pinnalta mitattuna yli neljän kilometrin korkeudessa olevan jään pinnalta alaspäin mitattuna).

Amerikkalainen tutkijajoukko porasi viime tammikuun lopussa 800 metriä syvän ja puolisen metriä halkaisijaltaan olleen reiän Whillans-järveen osana WISSARD -nimistä (Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling) hanketta. Kahdeksasta yliopistosta ja tutkimuslaitoksesta olevat tutkijat haluavat selvittää millaista elämää näissä kauan eristyksissä olleissa, omalaatuisissa jäänalaisissa paikoissa on ja tutkia tarkemmin itse jäätikköä. Tulosten avulla saadaan myös paljon kiinnostavaa tietoa ilmaston muutoksista vuosituhansien kuluessa.

Ryhmä taisteli kolmen vuorokauden ajan hankalia sääoloja vastaan ja sai reikänsä ulotettua jäänalaiseen järveen saakka tammikuun 28. päivänä. He ottivat vesi- ja pohjanäytteitä sekä kuvasivat tarkasti jäänalaisia järvimaisemia.

Apunaan heillä oli Nasan Jet Propulsion Laboratoryssä kehitetty pienikokoinen robotti, joka pystyi nyt ensimmäistä kertaa näiden Etelämantereen järvien tutkimuksen historiassa hakemaan näytteitä ja ottamaan kuvia poratun reiän pohjaa kauempaa. Lippalakin näköinen ja muotoinen pikkurobotti oli kiinnitettynä kilometrin kilometriä pitkällä valokaapelinipulla emoalukseen, joka oli pudotettu reiän pohjalle. Sieltä pikkurobotti pystyi kauko-ohjattuna liikkumaan ympäriinsä järvessä ja ottamaan videota ja kuvia sekä tekemään mittauksia suolaisuudesta, lämpötilasta ja syvyydestä.

Robottia käytettiin apuna jo reiän poraamisessa ja sen kuvien perusteella pystyttiin myös varmistamaan, että järveen lasketut mittalaitteet sekä näytekeräimet toimivat normaalisti. Näytteitä analysoinut tutkijaryhmä raportoi jo viime kuussa löytäneensä näytteistä omalaatuisia eläviä bakteereita.

Nasa on kiinnostunut jäärobottien kehittämisestä, koska Etelämantereen olosuhteet ovat haastavia ja samaa tekniikkaa voidaan käyttää sovellettuna myöhemmin avaruuslennoilla.

Artikkeli perustuu Nasan tiedotteeseen What Lies Beneath: NASA Antarctic Sub Goes Subglacial