„Mul olid klassikalises robootikas olemas teadmised, mida läheb ka pehmerobootikas vaja,“ ütleb arvutitehnika ja robootika magistrant Mona Küüts vastuseks küsimusele, kuidas ta sattus pehmerobootika kaasprofessori Indrek Mustaga koos kunstlikku emakakaela välja töötama.

Pehmerobootikast kõneldakse üha enam. Kui klassikaline robootika püüab robotite parema muganemise keskkonnaga saavutada tehisintellekti abil, siis pehmerobootika lahendab sama probleemi kehalise tarkuse toel, võttes eeskujuks looduslikke organisme.

Kümmekond ja enam aastat tagasi püüti pehmerobootikas elusloodust sõna otseses mõttes matkida: Harvardi Ülikoolis loodi näiteks meritähte jäljendav robot, Massachusettsi Tehnikaülikooli, Harvardi ja Souli ülikooli koostöös valmistati vihmaussist inspiratsiooni saanud robot. Eestis on üks tuntumaid pehmerobootikaprojekte Tallinna Tehnikaülikooli biorobootika keskuses loodud robotkala.

Pehmerobootika üks suuri eeliseid on parem muganemine inimkehaga ja selle kõige paljutõotavamad kasutusvaldkonnad on meditsiin ja tervishoid.

„Pehmerobootikas on praegu huvitavad ajad,“ märgib kaasprofessor Indrek Must. „Seni on seda arendatud peamiselt entusiasmist ja oluline suund on olnud biomimikri ehk bioloogiliste organismide jäljendamine. Ent sellest on hakatud välja kasvama ja esitama õigeid teaduslikke küsimusi. Bioloogiast saadakse pigem inspiratsiooni ja pehmerobootikasse püütakse üle kanda biomehaanika põhimõtteid.“

Turule on hakanud ilmuma esimesed tooted: nn eksoskelett või -rüü, mis aitab tehasetöölistel vigastusi vältida, leevendab sundasendist põhjustatud lihaspingeid ja toetab rühti. Kui varem oli sellise robootika eesmärk aidata toestada puudega inimest, siis nüüd sihitakse sinnapoole, et rüüroboti funktsioon on pigem haigusi ennetada. Tartu Ülikooli tehnoloogiainstituut esindabki praegu materjaliteadusele tuginevat pehmerobootika suunda, mis on ka maailmas hakanud võidukäiku tegema.

Õppevahend sünnitusabi harjutamiseks

Indrek Musta eestvedamisel tehakse koostööd meditsiinikõrgkoolidega, et välja töötada õppevahend – robotemakakael –, mis aitaks tulevastel ämmaemandatel ja arstidel harjutada lapse vastuvõtmist sünnitusel.

„Tihtipeale tahetakse väljastpoolt ülikooli mõnda sellist lahendust, mis ei ole just tehnoloogia arengu tipus, või võtab selle valmimine aastaid ja aastaid aega,“ ütleb Indrek Must. „Seekord langesid õppeasutuste vajadus ja meie olemasolev teadmine hästi kokku.“

Selline olukord on teadlasele mõistagi motiveeriv. „Kasutusel olevad robootikalahendused on maha jäänud sellest, mis juba võimalik on,“ ütleb magistrant Mona Küüts. Meditsiiniõpingutes kasutatavad simulatsioonõppevahendid, nt silikoonist nukud, on küll pehmest materjalist, ent need ei anna edasi inimkeha liikuvust.

Koostöö meditsiinikõrgkoolidega seisneb Indrek Musta sõnul õigete küsimuste esitamises ja tagasiside saamises. „Me arendame tehnoloogiat, mida turul veel ei ole. Üritame oma koostööpartnerid panna tulevikku ette kujutama: kui unustate ära juba olemasolevad vahendid, siis mida teil tegelikult vaja on? See info on meile oluline.“

Meditsiinivaldkonna eksperdid ongi robootikutele suuna kätte juhatanud: kui tihtipeale piisab patsiendi olukorra hindamiseks visuaalsest vaatlusest ning käeline tunnetus ehk palpeerimine ei ole oluline, siis sünnitus on erand: ämmaemand peab oskama palpeerida patsiendi avanevat emakakaela. „Simulatsioonõppe jaoks peame saavutama robotemakakaela kuju ja jäikuse muutuse, mis jäljendab naise emakakaela avanemist ja on katsumisel sellega äravahetamiseni sarnane,“ ütleb Must.

„Püüame oma robotiga seda tunnetust saavutada,“ lisab Mona Küüts. Üliõpilane peaks robotemakakaela katsudes sõna otseses mõttes kogema, kuidas ka päris elus emakakael sünnituse käigus avaneb.

Tore õmblusmasin

Kui Mona Küüts tuli IT-tudengina tehnoloogiainstituuti bakalaureusetöö juhendajat otsima, tutvustati talle pehmerobootikat. „See tundus millegipärast palju põnevam kui lihtsalt robotile koodi kirjutamine,“ ütleb Küüts. „Siis mind tutvustati sellele toredale õmblusmasinale.“

„Tore õmblusmasin“ on tööstuslik tikkimismasin, mida teadlased kasutavad robotemakakaela kiudude programmeerimiseks. „See masin on niiviisi lõpuni arendatud, et meie seda mitte grammikestki paremaks ei oskaks teha,“ märgib Indrek Must.

Peamine tarkus pole mitte selles, millist materjali robotemakakaela loomiseks kasutada, vaid kiudude paigutuses. „Meie kasutame polüesterniiti,“ ütleb Must. „Kiule pole isegi vaja mingeid lisaomadusi anda. Kasutame koordinaatlauda, mis paigutab kiud kunstlihases õigesse kohta.“

Robotemakakaela valmistamiseks vajalikud andmed saadakse teaduskirjandusest. „On vaja teada, millises suunas ja kuidas lihaskiud paiknevad, ja siis programmeerida need tikkimismasinal nii, et kiudude käitumine oleks võimalikult sarnane looduslikule,“ selgitab Küüts.

Robotemakakaela arendust on tehtud juba mitme magistritöö mahus, praegu panustab tehnoloogia arendamisse füüsika bakalaureusetudeng Leonid. Selline praktika annab lõputöödele lisaväärtuse, leiab Indrek Must, kelle juhitavat projekti on rahastatud ka Tartu Ülikooli eksperimentaalarenduse fondist, äriideede konkursilt Prototron ja tervisetehnoloogia teaduskiirendist.

Valdkondadeülene teadus

Tehnoloogiainstituudi pehmerobootikateadlased on oma tööd tutvustanud mõjukatel konverentsidel mitmel pool maailmas.

„Biomehaanika vastu tuntakse huvi, mis näitab selle teema aktuaalsust,“ ütleb Indrek Must. Põnev suund tervishoiutehnoloogia arendamisel on näiteks metamaterjalid, kus püütakse erinevaid tehnikaid kasutades ühendada pehmeid ja jäiku materjale.

„Kui seda artiklit juhtub lugema mõni tudeng, keda tervishoiu pehmerobootikalahendused kõnetavad, on ta oodatud meie meeskonnaga liituma – see on arenev projekt, kus värske pilk on vajalik,“ ütleb Mona Küüts. „Mina avastasin teadustöö poole, mida arvutitehnika õppekava ei pakkunud. Laboritöö hakkas mulle meeldima, ja siin ma nüüd olen.“

Kaasprofessor Indrek Must nõustub: „Pehmerobootikale ongi omane see, et bioloogid, mehaanikainsenerid, keemikud, füüsikud ja paljude teiste erialade teadlased töötavad koos.“