Tehislihas: maailma esimene lihasrobot valmis Tartu Ülikoolis

Ilmastikukindlad joped, mis laevad nutitelefone. Iseseisvalt ja peaaegu hääletult lendavad imeväiksed robotputukad luureülesannete täitmiseks. Pinnasel liikuvad kujumuutvad lihasrobotid, mis leiavad katastroofipiirkondades rusude alt inimesi. Väikese kiibi peale mahtuv labor vereanalüüsideks. Päris lihaseid asendavad polümeerid. Kirjutas Katre Tatrik (Tartu Ülikool).

Neid ja mitmeid teisi leiutisi võiks nimetada materjaliteadlaste helesinisteks unenägudeks. Ent juba paarkümmend aastat tagasi hakati maailmas, seal hulgas Eestis, välja arendama materjali, mis võib peagi selle kõigega siiski hakkama saada.

See materjal saab aru, kas ja kui palju seda liigutatakse. See on kaalult väga kerge ja tükk sellest suudab liigutada endast 40 korda raskemaid esemeid. Need on tehislihased, mis sarnaselt bioloogilistele lihastele, liigutavad ennast täiesti hääletult. Selline materjal on võimeline tootma ja salvestama elektrienergiat. Elektrienergia salvestamine ja kättesaamine on võimalik üsna lühikese aja jooksul ja tänu suurele mahtuvusele saab tallele panna suhteliselt palju energiat. Nii kiidab Tartu Ülikoolis tehislihaseid arendav Friedrich Kaasik arukaid kilesid. Teadlastega omavahel nimetavad nad materjali pigem täituriks, aktuaatoriks või painduvaks superkondensaatoriks.

Painduvaks just sellepärast, et sellel komposiidil on omapärane võime end painutada, kui sellele rakendatakse madalat elektripinget. Elektripinge paneb mitmekihilise hamburgeritaolise ehitusega tehislihase painduma selle koostisosade ja struktuuri tõttu – materjali keskmine kiht on polümeerne membraan, mis on mõlemalt poolt kaetud süsinikust elektroodidega, mida omakorda katavad kullalehed. Lisaks sisaldab see ioonvedelikku, millega on täidetud nii süsinikelektroodid kui membraan.

Praeguseks on teadlased Tartu Ülikoolis valmis ehitanud maailma esimese tehislihaste abil töötava lihasroboti, mis koosneb sellest samast ioonsest tehislihasest, elektroonikaskeemist ning akust. Ent lihasrobot, mis peab ise oma toiteallikat kaasas kandma, liigub täna veel küllaltki aeglaselt.

„Kui tahame robotit praegu olemasolevate tehislihaste abil kiiremini liikuma saada, tuleks meil välised toiteallikad appi võtta,” räägib Tartu Ülikooli arukate materjalide ja süsteemide labori teadlane Indrek Must. „Nii teevad paljud tehislihaseid ja lihasroboteid arendavad töögrupid maailmas. Aga mis luurerobot see on, millel toitejuhtmed järel lohisevad?“

Teisalt, kui esimesed targad tehislihased suutsid paarkümmend aastat tagasi end elektripinge all liigutada vaid paar korda sekundis, siis praegu on teadlaste kasutada lihased, mis liigutavad ennast kuni 1000 korda sekundis. Tõsi, sellisel juhul suudavad nad liigutada vaid iseennast. Seega on lihasrobotite valmistamiseks sobivad tehislihased täna veel aeglased, vajades arvestatava liigutuse sooritamiseks aega üle ühe sekundi. Seevastu on nende kujumuutuse ulatus suur ning nad suudavad toimida ajamina, mis lihasrobotit edasi liigutavad.

Kaua on suureks proovikiviks olnud ka selliste, täpselt ühesuguste omadustega materjalide tootmine suurtes kogustes. Veel hiljuti oskasid materjaliteadlased oma teadustööks teha teflonvannis vaid pisikesi – kuni viis korda viis sentimeetrit – ioonse tehislihase tükikesi. Ent selle aasta märtsis küsis Tartu Ülikool patenti materjali valmistamiseks n-ö tikkimisrõngaste vahel.

Tõenäoliselt on värvipüstoli või aerograafiga tikkimisrõnga või mõne muu sarnase raami vahele seatud riidele materjali kihtide pihustamine kõige lihtsam viis suurtes kogustes tehislihaste valmistamiseks laboris.

Juba praegu on Las Vegases Nevada Ülikooli teadlased, kellest üks on Tartu Ülikooli vilistlane Viljar Palmre, valmis teinud tehislihastest kateetri otsa prototüübi. Kui kateetrit sisestatakse, on äärmiselt oluline saada vajadusel soontes kateetri otsa keerata, et sond läheks õiges suunas. Nii saab kateetrit kasutada veresoontes ning kateetri otsa painutades on võimalik liikuda mööda soovitud sooni. Ioonsetel elektroaktiivsetel polümeeridel põhinev kateetri ots on võimalik teha juuksekarvast väiksemaks ja nii on see patsiendisõbralikum ning võimaldab siseneda ka väikesematesse soontesse.

Ent millal ometi saab tehislihastega hakata asendama pärislihaseid? Tartu Ülikooli polümeersete materjalide tehnoloogia professori Alvo Aabloo sõnul tuleb selleks aeg siis, kui häda läheb piisavalt suureks: „Kindlasti tekib juba järgmise kahekümne aasta jooksul abimaterjal puhuks, kui sinu lihastega midagi juhtub.”

Selleks, et targad materjalid inimestele veelgi rohkem praktilist kasu hakkaks tooma, tuleb teadlastel veel palju arendustööd teha.