robotiikka

Ötökkä opettaa kaivosrobotin tekijöitä

Ma, 08/05/2019 - 12:05 Toimitus
Robominers ottaa oppia ötököistä

Millainen on parhain mahdollinen kaivosrobotti? Kenteis oppia kannattaisi kysyä ötököiltä, jotka tonkivat reippaasti maaperää ja ovat kehittyneet vuosituhansien kuluessa varsin päteviksi kaivajiksi. 

Tampereen yliopiston mekatroniikan tutkimusryhmä on mukana espanjalaisten vetämässä ROBOMINERS-hankkeessa. Sen tarkoituksena on rakentaa prototyyppi pienestä, luontoa jäljittelevästä ja itse itsensä kokoavasta kaivosrobotista, jonka avulla kaivostoiminta on tarkempaa ja ympäristöystävällisempää.

Erikoista kehitettävässä prototyypissä on myös se, että se pystyy kokoamaan itse itsensä osista ja konfiguroimaan itsensä eri työtehtäviä varten. Siksi kaivosta varten tarvitaan vain kapea kuilu, jos osat voidaan laskea maan alle.

Vast'ikään Horizon 2020 -rahoitusta saaneessa nelivuotisessa hankkeessa kehitetään laajemmin autonomisiin kaivosrobotteihin perustuvaa tulevaisuuden kaivosta, jonka avulla myös pienten ja vaikeasti saavutettavien mineraalivarantojen kaivaminen on mahdollista.

"Tutkimuksemme voi mullistaa koko kaivosteollisuuden", toteaa professori Kari T. Koskinen Tampereen yliopistosta vaatimattomasti yliopiston tiedotteessa

"Tulevaisuudessa ei kenties tarvita enää suuria kaivosalueita, vaan pienet robotit työskentelevät maan alla louhien esiintymät tarkasti ja luontoa vahingoittamatta."

Kehitteillä oleva robottimainari pystyy työskentelemään myös veden alla, mikä tarkoittaa lisää hyötyjä ympäristölle sekä huomattavia kustannussäästöjä: kaivoksia ei olisi tarpeen pumpata tyhjiksi niihin nousevasta vedestä, mikä vähentää käsiteltävän jäteveden määrää.

Myöskään valtavia kasoja jätekiveä ei synny, sillä robotti louhii vain tarpeellisen. Pienet määrät jätekiveä voidaan käyttää jo kaivettujen osien täyttämiseen.

Roboteissa hyödynnetään erilaisia tekoäly- ja koneoppimissovelluksia, joiden avulla ne osaavat liikkua kaivoksessa ja tunnistaa louhittavat mineraalit.

"Esimerkki aivan uudenlaisista sensoreista ovat eräänlaiset keinotekoiset tuntosarvet, joiden avulla robotti havainnoi ympäristöään", Koskinen kertoo.

ROBOMINERS-hankkeen taustalla on huoli Euroopan omavaraisuudesta ja huoltovarmuudesta. Robottien avulla olisi mahdollista myös päästä taloudellisesti järjevästi käsiksi myös vanhoihin, jo perinteisin menetelmin kaivettuihin kaivoksiin jääneisiin varantoihin.

Tampereella osataan robotiikka

ROBOMINERS-hanketta johtaa espanjalainen Universidad Politecnica de Madrid, ja mukana on Tampereen yliopiston lisäksi 12 muuta partneria, joiden joukossa yliopistoja, tutkimuslaitoksia ja yrityksiä.

Tamperelaiset ovat omiaan tässä hankkeessa, koska Tampereen teknillisessä yliopistossa (joka yhdistyi vuoden 2019 alussa Tampereen yliopiston kanssa) on kehitetty runsaasti erityyppistä robotiikkaa ja vaativaa konetekniikkaa.

Hanke on myös erittäin poikkitieteellinen, sillä insinöörien lisäksi mukana hankkeessa on muun muassa geologeja.

Vaikka tuloksena toivotaan olevan uudenlaisia, kaupallisesti hyödynnettäviä kaivosrobotteja, on hankkeelle prototyypin rakentaminen kuitenkin tutkimushanke – ei vain insinööriratkaisu olemassaolevaan ongelmaan.

(Juttu on Tampereen yliopiston tiedote hieman editoituna. Otsikkokuva: Robominers.)

Video: Phil Bailey on puolisuomalainen, joka tuntee InSight-laskeutujan robottikäden

Phil Bailey selittää selvällä suomenkielellä, miten InSight-laskeutuja tulee käyttämään robottikättään. Hän on hyvä esimerkki siitä, miten avaruuslentojen pariin saattaa päätyä, vaikka opiskelee ihan jotain muuta kuin avaruusalaa.

InSight on Nasan seuraava Mars-laskeutuja. Se on nyt matkalla kohti punaista planeettaa ja saapuu sinne marraskuussa. Laskeutumisensa jälkeen se ottaa pian käyttöön robottikäsivartensa, jonka avulla laitetaan Marsin pinnalle laskeutujan vierelle seismometri sekä lämpövuomittari, ja lisäksi kädellä tehdään paljon tutkimuksia.

Käden toiminnasta vastaa osaltaan suomalaissukuinen robotiikkainsinööri Phil Bailey, joka kertoo videolla työstään Jet Propulsion Laboratoryssä Pasadenassa, Kaliforniassa.

Erityisesti hänen vastuullaan on WTS, joka näyttää se myös hieman hauskalta: se on kuin puolipallomainnen kupoli, jolla on hame. Se on suoja, joka lasketaan Marsin pinnalle laitettavan seismometrin päälle, jotta Marsin kaasukehän tuulet ja muut ulkoiset häiriöt eivät vaikuta mittauksiaan tekevään seismometriin.

InSight llaskeutuu marraskuun 26. päivänä rakettimoottorien hidastamana Marsin päiväntasaajan seutuville Elysium-tasangolle ja toimii siellä toivottavasti yhden Marsin vuoden ajan, siis noin kaksi Maan vuotta. Laskeutuja on käytännössä parimetrinen lavetti, jossa on kolme noin metrin pitkuista jalkaa ja kaksi pyöreää aurinkopaneelia, jotka avautuvat laskeutumisen jälkeen lavetin sivuille samaan tapaan kuin kukat avaavat terälehtiään.

Teknisesti InSight on hyvin samanlainen kuin vuonna 2009 Marsiin laskeutunut Phoenix-niminen laskeutuja. Tuo lento, laskeutuminen ja toiminta Marsissa sujuivat hyvin, joten toiveet ovat nytkin korkealla.

Laskeutuja on vähän kuin edullinen välilento Nasan Mars-tutkimusohjelmassa. Sen kyydissä onkin aikaisemmista laskeutujista ja kulkijoistra yli jääneitä kameroiden ja mittalaitteiden varakappaleita, ja lisäksi tärkeimmät tutkimuslaitteet pyydettiin Euroopasta.

Kuten nimi InSight antaa ymmärtää, on laskeutujan tärkein tehtävä nyt katsoa Marsin sisälle. Siksi sen päätutkimuslaite on ranskalainen seismometri, ja sillä on itse asiassa aika pitkä historia jo takanaan. Laitteen projektipäällikkö Ranskan kansallisessa avaruuskeskuksessa CNESissä on Philippe Laudet. Hän kertoi Tiedeykkösessä olleessa kirjoittajan tekemässä ohjelmassa seismometristä näin:

"Seismologiaa on käytetty Maan sisustan ymmärtämiseen 1900-luvun alusta. Ensimmäisen kerran seisminen aalto havaittiin vuonna 1889, kun Saksassa havaittiin Japanissa olleen maanjäristyksen tärinää. Sen jälkeen aika pian ymmärrettiin, että voimme havaita toisella puolella olevia maanjäristyksiä seismometrillä ja että järistyksistä tulee erilaisia aaltoja, ja niiden kulkuaikojen avulla voidaan määrittää maapallon sisustan rakenne."

"Kun vuonna 1969 Apollo-astronautit menivät Kuuhun, he veivät sinne seismometrejä. Niitä vietiin Apollo-lennoilla kaikkiaan viisi ja ne muodostivat pienen verkoston, jonka avulla pystyttiin nyt ymmärtämään millainen on Kuun sisusta. Vaikka nyt tiedämmekin aika hyvin millainen on Kuun sisusta, se ei ole hyvä esimerkki toisesta planeetasta, koska Kuun syntyhistoria on niin erilainen. Siksi jo pitkään tutkijat ovat ehdottaneet seismometrin lähettämistä Marsiin."

"1970-luvulla Viking-laskeutujissa oli yksinkertaiset seismometrit, mutta niistä vain toinen toimi ja sekin oli kiinni laskeutujan rungossa, joten se ei saanut kovin luotettavia signaaleita. Nimittäin Marsissa olevat tuulet heiluttelivat laskautujaa sen verran, että varsinaiset signaalit jäivät tämän varjoon – voisi sanoa, että tuo seismometri toimi lopulta sääasemana. Sillä saatiin kuitenkin 15 signaalia, jotka todennäköisesti olivat mars-järistyksiä. Tästä kuitenkin opittiin se, että seismometri pitää laittaa tiukasti kiinni pintaan ja eristää tuulelta."

"Meillä täällä Ranskassa on tutkija Philippe Lognonné, joka oli tehnyt seismometrin venäläiseen Mars 95 -luotaimeen, joka valitettavasti syöksyi alas Maahan lähes välittömästi laukaisun jälkeen. Seismometri ei siis päässy Marsiin, mutta ranskassa ei annettu tämän lopettaa seismometrin kehittämistä. Etsimme uutta kumppania ja keskustelimme useammankin maan kanssa, Kiinan, Japanin, Yhdysvaltojen ja Venäjänkin kanssa mahdollisuuksista lennättää seismometri Marsiin, ja ihan viime vaiheessa olimme jo pohtimassa versiota, joka olisi mennyt Japanissa suunnitellun laskeutunan mukana Kuuhun. Se kuitenkin peruttiin, koska Fukushiman ydinonnettomuuden vuoksi japanilaiset leikkasivat avaruusohjelman rahoitusta ja kuulaskeutuja oli eräs ensimmäisistä peruutetuista hankkeista."

Olimme tämän jälkeen jo jäädyttämässä koko projektia, kun sitten Nasan planeettalennoista vastaava keskus Jet Propulsion Laboratory ehdotti tehtäväksi lentoa, jonka päähyötykuormana olisi tämä meidän seismometrimme. Tunsimme hyvin sikäläisiä tutkijoita, ja he olivat laskeneet, että oman amerikkalaisen seismometrin tekeminen maksaisi paljon ja siihen menisi aikaa, joten he ehdottivat käytettäväksi meidän laitettamme. Vuonna 2011 Nasa päätti sitten antaa rahaa kolmelle uudelle tutkimuslennolle, ja tämä oli yksi valituista. Meille tämä oli erinomainen yhteistyö, sillä heillä ei ole seismometriä, mutta he tietävät miten mennä Marsiin ja meillä on seismometri, mutta ei lentoa Marsiin."

Laskeutuja rakenteilla Denverissä Lockheed Martin -yhtiössä.


Hankkeen nimi on siis InSight, eli Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Suomeksi tämä on jotakuinkin Eli "sisäsoien tutkiminen käyttäen seismometriä, geodesiaa ja lämpökuljetusta". Samalla nimi tarkoittaa lyhyesti "katso sisälle".

Geodesia tässä tarkoittaa sitä, että laskeutujan paikkaa seurataan erittäin tarkasti ja siinä tapahtuvan mahdolliset liikkeet kertovat siitä, että mahdollisesti Marsissakin on jonkinlaisia mannerlaattoja, jotka liikkuvat. Nykytiedon mukaan laattoja ei ole, mutta tästä kohta lisää.

Lämpökuljetus puolestaan tulee siitä, että kyydissä on saksalaisten tekemä laite, joka pystyy mittaamaan sitä, miten lämpö kulkee pinnan alla noin viiden metrin syvyydellä. Siitä voi päätellä paljon mm. siitä, onko pinnan alla jäätä. Laite on itse asiassa pieni puikula, joka nakuttaa itsensä vähä vähältä alemmas pinnan alle ja lähettää siihen kiinnitettyä piuhaa pitkin mittaustietoja.

Ja päätutkimuslaite on siis tämä ranskalaisten tekemä seismometri, joka on itse sasiassa kolmesta seismometristä - yksi joka suuntaan - koostuva instrumenttipaketti. Se on 22 cm halkaisijaltaan olevan puolipallon muotoisen tyhjiökammion sisällä ja se on toisen puolipallon sisällä. Näin Marsin tuulet eivät pääse nyt sitä heiluttelemaan. Ja jotta se saisi mahdollisimman hyvin signaalinsa pinnalta, nostetaan se laskeutujan robottikäsivarrella makaamaan maahan laskeutujan viereen.

Piirros näyttää seismometrin ja sen tuulisuojan. WTS, eli wind and thermal shield suojaa sisällään olevaa SEIS-laitteistoa. Kuva: IPGP/David Ducros


"Laskeutuja avaa aurinkopaneelinsa heti laskeutumisensa jälkeen, jos siis kaikki sujuu suunnitellusti ja laskeudumme Marsiin 26. marraskuuta. 28. marraskuuta alkaen 10. joulukuuta saakka otamme runsaasti kuvia laskeutujan luota ja päätämme niiden perusteella paikan, mihin laskemme seismometrin.

"Paikan pitää olla mahdollisimman tasainen, eikä siinä saa olla liian suuria kiviä. Sen jälkeen robottikäsivarsi ottaa kiinni seismometristä ja nostaa sen alas pinnalle sopivaan aikaan. Oletamme, että tämä tapahtuu 4. tammikuuta mennessä, koska nykyisen suunnitelman mukaan silloin aloitetaan saksalaisen mittalaitteen asentaminen."

"Tammikuun lopusta alkaen aloitamme kummankin mittalaitteen käyttämisen, ja koska lämpövuomittalaite porautuu alaspäin pienten iskujen avulla, pystymme kuuntelemaan seismometrillä näitä iskuja, joiden aika ja voimakkuus tunnetaan hyvin. Näin pystymme alustavasti kalibroimaan laitettamme. Ja aina kun naapurimme ei metelöi nakutuksillaan, kuuntelemme Marsia – mikä on tietysti suurin osa ajasta. Laitteen kalibrointi ja käyttöönotto jatkuu maaliskuun loppuun saakka, jolloin suuri osa tiimistämme on Kaliforniassa, mutta sen jälkeen tulemme kotiin ja jatkamme työtä täällä."

"Kyse ei ole ainostaan siitä, että saamme tietoja seismometriltä ja jaamme tietoja eteenpäin, vaan myös siitä, että yhdistämme näitä tietoja muihin luotaimen tekemiin havaintoihin – ennen kaikkea säätietoihin, koska lämpötilan ja paineen vaihtelulla, kuten magneettikentällä, saattaa olla vaikutusta seismometrin mittauksiin. Havaintojen käsitteluystä tekee hieman haastavan työn se, ettemme tiedä ihan täsmälleen mitä tulemme havaitsemaan."

"Tilanne on vähän sama kuin Kuun tapauksessa ennen kuin seismometrit vietiin sinne. Sieltä havaittiin paljon signaaleita, jotka olivat tietysti erilaisia kuin Maassa. Osin näiden perusteella on tehty paljon mallinnuksia siitä, millaisia ovat Marsin järistykset, ja teoreettisesti suurimmat voisivat olla luokkaa 4,5 - 5 magnitudia. Näitä parin vuoden aikana voisi olla muutamia, mutta voi olla kymmeniäkin, laskelmasta riippuen. Pienempien määrää on vaikea edes arvioida, koska periaatteessa laite on niin herkkä, että se havaitsee myös meteorien törmöykset Marsin pintaan planeetan toiselta puolelta. Kuten Maassa, tulee sielläkin varmasti ensin niin sanottu P-aalto ja sitten S-aalto, joista voidaan laskea tärinän etäisyys arviolta 10% tarkkuudella. Koska seismometri mittaa tärinöitä kolmessa suunnassa, voidaan tärähdyksen tulosuuntakin saada selville varsin hyvin. Kun kyseessä on voimakas järähdys, voi seismometri havaita varmaankin ensin suoran signaalin, sitten toiselta puolelta Marsin ytimen ympäri tulleen aallon, ja lopulta sigaalin sen kuljettua kerran planeetan ympäri. Marsin tapauksessa tähän kuluu hieman alle kaksi tuntia."

"Mitä tulee järistysten alkuperään, niin todennäköisesti pääosa niistä tulee lämpöliikkeestä: päivällä Marsin pinta lämpenee ja yöllä viilenee, ja koska kaasukehä on ohut, ovat lämpötilaerot suuria. Päivällä voi olla kymmenen astetta ja yöllä -150 astetta. Toinen järistyksiä aiheuttava tekijä on Phobos-kuun aikaansaamat vuorovesivoimat, ja lisäksi oletamme, että Marsin sydän on kuumaa metallia ja sieltä saattaa nousta laavaa ylemmäs, niin sen liikkeet saattavat myös saada aikaan järistyksiä. Ja sitten ovat meteoriitit: koska seismometri pystyy havaitsemaan niiden törmöyksiä, voidaan nyt ensimmäistä kertaa laskea paljonko Marsiin törmää kappaleita."

"Lisäksi voimme tehdä oheismittauksia kaasukehästä. Tiedetään, että Marsissa on pölypyörteitä, Dusts Devils, kuten niitä kutsutaan, ja pystymme todennäköisesti havaitsemaan niitä, kun ne menevät ohitse. Voimme siis varmaankin tehdä seismometrillä myös mittauksia, jotka kiinnostavan Marsin kaasukehän ja säätilan tutkijoita. Voi myös olla, ettei niitä tule lainkaan laskeutujan luokse - emme tiedä!"

Philippe Laudet, SEIS-seismometrin projektipäällikkö Ranskan kansallisessa avaruustutkimuskeskuksessa CNESissä. Kuva: CNES / D. Jamet

Robotti, joka on suunniteltu tekemään kiusaa

Pe, 03/09/2018 - 14:53 Jari Mäkinen
Misbehaving (ro)bots

Perjantain kunniaksi rullaamme esiin jälleen kevyen, mutta kiinnostavan aiheen: kiusantekorobotit. Jos et jaksa tai ehdi tehdä kiusaa kumppanillesi, voi teknologia tulla tässäkin avuksi!

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.

Kyseessä on luonnollisesti taideprojekti, jonka tarkoituksena on tutkia robottien ja ihmisen välisiä suhteita.

Misbehaving (ro)bots -projekti kysyy missä määrin robotit voivat korvata ihmisen myös intiimeissä parisuhteen toimissa. Nopeasti ajatellen intiimit toimet tarkoittavat seksiä, mutta parisuhteessa on paljon muutakin, kuten esimerkiksi kiusoittelu. Se toisaalta häiritsee, mutta samalla tuottaa suurta tyydytystä.

Pérezin mukaan virtuaalitodellisuus, lisätyn todellisuuden ja keinoälyn kehittyminen on johtamassa siihen, että se mitä koemme "todelliseksi" on pian hämärtymässä. Robotit ja muut ei-inhimilliset kumppanit ovat tulossa pian elämäämme. ja ne voivat joissain tapauksissa olla jopa houkuttelevampia kuin inhimilliset ihmiset.

Robotit kun saa pois päältä ja päälle silloin kun haluaa, ja ne saa tekemään vain sitä mitä haluamme, siten kun haluamme.

Misbehaving (ro)bots

Laitteillaan Pérez haluaa osoittaa sen, että kaipaamme elämässämme myös piirteitä, jotka helposti jäisivät keinotekoisilta partnereilta tekemättä. Voi olla, että kaipaamme robotilta myös ei-toivottuja piirteitä – kenties jopa sitä, että se tuottaisi meille tuskaa, jos tuo tuska on vain itse asiassa miellyttävää. Juuri sellaista, kuin on esimerkiksi korvan puraisu.

Robotit pitää suunnitella olemaan myös epäkäytännöllisiä ja tekemään sinänsä ihan hyödyttömiä asioita, kuten vaikkapa juuri tuhraamaan huulipunaa tyynyyn tai jotain muuta vastaavaa.

Ja voi olla, kenties, että kaikesta huolimatta oikea ihminen on parempi kumppani kuin paraskaan robotti!

Misbehaving (Ro)Bots from Nicole Perez on Vimeo.

Video: Boston Dynamicsin uusin robotti on ällistyttävä

Boston Dynamics -yhtiö on hämmästyttänyt aikaisemminkin omalaatuisilla ja erittäin ketterillä roboteillaan, jotka näyttävät konkreettisesti mihin tekniikka on menossa. 

On kyse sitten sotaroboteista tai arkipäivän apulaisista, tulevat robotit lähivuosina yleistymään voimakkaasti. Videolla esiteltävä Handle -niminen robotti sopisi (hieman paranneltuna) jo kumpaankin tehtävään erinomaisesti. Vaikka laite näyttää hyvin sympaattiselta (ja video on tehty nimenomaan sellaiseksi), ovat sotarobotit todennäköisesti ensimmäisenä etenkin rahoittajien mielessä.

Handle on hieman alle kaksi metriä korkea laite, jolla on kaksi kättä ja kaksi jalkaa, joissa on pyörät. Yhtiön mukaan laite käyttää samoja tasapainon säilyttämiseen kehitettyjä algoritmeja ja laitteistoja kuin aikaisemmat heidän tekemänsä robotit, mutta siinä on vain kymmenen niveltä, joita liikutetaan sähköisesti tai hydraulisesti. 

Laite on siis yksinkertaisempi kuin edeltäjänsä, mutta samalla se on ketterämpi ja nopeampi.

Nähtävästi kaksijalkaisuus ei ole ollut huono idea evoluutioltakaan. Kun mukaan lisätään pyörät tasaisella pinnalla liikkumista varten, niin tulos on vielä parempi; epätasaisella pinnalla pyörät voi lukittaa ja laite voi kävellä. 

Laite pystyy liikkumaan 25 kilometriä yhdellä latauksella.

Mikrorobotilla paperikuitujen kimppuun

Ke, 02/08/2017 - 18:50 Toimitus

Konenäöstä on avuksi paperikuitujen automaattisessa käsittelyssä. Mikrorobotiikkalaitteiston avulla voidaan nopeuttaa haastavien kuitutason mittausten tekoa ja lisätä niiden toistettavuutta. Näin kertoo tuore väitöstutkimus.

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.

Paperi koostuu toisiinsa sitoutuneista paperikuiduista. Yksittäisten kuitujen ja niiden muodostamien sidosten perusominaisuudet, kuten taipuisuus ja vetolujuus, määrittävät suuren osan valmiin paperin ominaisuuksista.

"Kuitutason mittausten tekeminen on kuitenkin hidasta ja haastavaa, sillä se edellyttää mikroskooppisten kuitujen käsittelyä ja kiinnittämistä mittalaitteistoon", kertoo Hirvonen.

Paperikuitututkimuksen avuksi tulee mikrorobotiikka. Mikrorobotiikka tarkoittaa pienen mittakaavan robotiikkaa, jossa toimilaitteet kykenevät käsittelemään kokoluokaltaan alle millimetrin osia. Sillä on lukuisia sovelluksia pienikokoisten laitteiden kokoonpanossa, nanomateriaalien käsittelyssä ja solututkimuksessa.

Nyt TTY:n mikro- ja nanosysteemitekniikan tutkimusryhmä, johon Hirvonen kuuluu, on osoittanut mikrorobotiikan käyttökelpoisuuden myös paperikuitututkimuksessa.

Tyypilliseen mikrorobotiikkajärjestelmään kuuluu osien käsittelyyn suunnattuja laitteita, kuten motorisoituja pinsettejä muistuttavia tarraimia, sekä motorisoitu näytetaso, jolla osat tuodaan toimilaitteiden toiminta-alueelle.

Lisäksi on yksi tai useampi mikroskooppiin liitetty kamera, joka välittää videokuvaa toimenpiteestä.

"Ryhmän kehittämän laitteiston avulla on pystytty mittaamaan yksittäisten kuitujen taipuisuutta sekä yksittäisten kuitusidosten sidoslujuutta. Mittausten tekeminen on tosin edelleen haastavaa, ja yksittäiset kokeet vievät kokeneeltakin käyttäjältä useita tunteja."

Laitteiston automatisointi onkin osoittautunut välttämättömäksi. Pieniin teollisesti valmistettuihin osiin verrattuna luonnonkuidut ovat kuitenkin hankalia käsitellä. Siinä missä teollisesti valmistettujen osien muoto ja mitat ovat työskentelyn avuksi tiedossa etukäteen, luonnonkuitujen muoto ja mitat vaihtelevat suuresti ja ennalta arvaamattomasti.  

Hirvosen kehittämien konenäkömenetelmien avulla voidaan selvittää automaattisesti kuitujen 2D- tai 3D-geometria ja laskea niistä sopivat tarraamiskohdat.

"Menetelmien avulla voitiin käsitellä automaattisesti yksittäisiä paperikuituja sekä rikottiin ensimmäisenä maailmassa automaattisesti kahden paperikuidun muodostamia sidoksia."

Juttu on Tampereen teknillisen yliopiston tiedote hieman editoituna.

Suomalaisille suuri fuusioenergian robotiikkasopimus

To, 06/25/2015 - 15:52 Jari Mäkinen

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.

 

Artikkeli perustuu TTY:n lähettämään tiedotteeseen. Tiedetuubi julkaisee tutkimuslaitosten ja yhtiöiden lähettämiä tiedotteita kuratoiden ja editoiden; nämä jutut erottaa journalistisesti toimitetusta sisällöstä punaisesta neliöstä jutun yhteydessä.

Tiedetuubi kävi ITER-työmaalla toukokuussa ja julkaisee hankkeesta syksyllä laajan raportin.

Läpimurto robotiikassa (ja totaalinen epäonnistuminen)

To, 05/28/2015 - 21:59 Jari Mäkinen

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.

Testeissä BRETT laitettiin tekemään myös muita temppuja, kuten laittamaan pyykkiä pinoihin. Siinä se epäonnistui totaalisesti, eikä se kyennyt oppimaan lainkaan miten homma hoituu. Robotin sähköaivoille ja koneaisteille on ylivoimaista määrittää missä vaatekappaleiden ja esimerkiksi pyyhkeiden rajat menevät ja miten ne saa taiteltua nätisti pinoihin.

Tehtävä muuttuu vielä vaikeammaksi, jos pyykissä on sekaisin aivan erilaisia vaatekappaleita tai jos kappaleet ovat osittain sekaisin – jos vaikkapa sukka on joutunut pesukoneessa paidan sisään.

Pyykin lajittelu ja asettelu on erittäin älykästä toimintaa, mikä kannattaa pitää mielessä seuraava kerran kun harmittelet pyykkikasan äärellä homman tylsyyttä.

Tai kuten tutkijaryhmän vetäjä Pieter Abbeel toteaa: “kaikkein vaikeimpia tehtäviä roboteille opetettavaksi ovat juuri tällaiset yksinkertaiset asiat, joita alle kymmenvuotiaan oppivat.”

Robottikalasta opas oikeille kaloille

Ti, 07/15/2014 - 11:54 Jari Mäkinen
Tallinnan robottikala

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."

Tamperelaisten osuus hankkeessa liittyy ennen kaikkea siihen miten kala mittaa ja arvioi monimutkaisia veden virtauksia painehavaintojen avulla. Oikea kala käyttää tätä tietoa navigointiin ja liikkumiseen. Robottikala navigoi kylkiensä painesensoreiden avulla, jotka ovat yllä olevassa kuvassa kalan sivuilla olevat pienet reiät. Ne antavat sille tietoa ympäristöstä, veden virtauksista, tiellä olevista esteistä tai ahtaista paikoista.

Jos robottikala aistii antureillaan ristiriitaista tietoa ihmisen rakentamissa väylissä, eivät oikeatkaan kalat osaa liikkua niitä pitkin.

Aikomuksena on kartoittaa robottikalan avulla Euroopan jokia ja keinotekoisia kalareittejä Toivottavasti siitä tulee tärkein mittaustapa seuraavan parin vuoden sisään. Tästä teknologiasta voidaan kehittää vientituote maailmanmarkkinoille.

Robottikalan painesensoreita kehitetään Tampereen teknillisen yliopiston signaalinkäsittelyn laitoksella Joni Kämäräisen ja tutkijatohtori Natalia Strokinan tutkimusryhmissä. Mukana työssä on myös saksalainen hydrauliikkaan erikoistunut yhtiö Ecohydraulic Engineering GmbH.

Hankkeessa on mukana myös kalabiologeja, joiden mukanaolo Kämäräisen mukaan on välttämätöntä.

"Ilman heitä meille ei olisi tullut mieleenkään, että robottikalan pyrstön tulee rakentua kahdesta osasta ja kahdesta eri materiaalista, jotta se olisi mahdollisimman aidon oloinen."

Suomessa työtä tehdään kolmivuotisen Fishview-projektin puitteissa. Se on puoliksi EU:n ja puoliksi Suomen Akatemian rahoittama, ja sen kokonaisrahoitus on puoli miljoonaa euroa. Projekti kuuluu EU:n Bonus-projekteihin, joissa on mukana eurooppalaisia tutkimuslaitoksia ja yrityksiä, ja joilla pyritään saamaan Itämerestä puhtaampi ja tuottavampi.

Robottikala on myös mukana EU:n FILOSE-tutkimushankkeessa, jonka puitteissa on tehty alla oleva esittelyvideo:

Artikkelissa on käytetty materiaalina Tampereen teknillisen yliopiston tiedotetta ja vierailua Tallinnassa Kruusmaan tutkimuslaboratoriossa.

Kruusmaan tutkimusryhmä

Maarja Kruusmaan (oikealla) tutkimusryhmä Tallinnan teknillisessä yliopistossa.

Etelämantereen jäänalainen järvimaisema

Ti, 04/02/2013 - 19:08 Toimitus
Kuva Whillans-järvestä

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