Robot, mis tunneb end kui kala vees

Selline on robotkala joonis arvutiekraanil. Foto: TTÜ Biorobootika Keskus

Kuidas ehitada allveerobotit, mis liiguks vee all sama elegantselt kui päris kala? Tallinna Tehnikaülikooli (TTÜ) juures tegutsev biorobootika keskus loodab varsti sellele küsimusele vastuse anda.

«Kas kalasabad ei olegi Riiast veel kohale jõudnud?» uurib TTÜ biorobootika keskuse juhataja Maarja Kruusmaa oma rõõmsavärvilisse laboratooriumi astudes kolleegidelt.

«Vaata, äkki on Guntis praegu online. Küsi temalt, kuidas sabadega lood on!» õpetab Kruusmaa alluvaid. Paraku ei õnnestu kalasabade tarnimise eest vastutavat Guntist virtuaalruumist tabada.

Mõistagi ei käi jutt ehtsatest kalasabadest, vaid silikoonist valatud kunstkalasabadest. Mõned sellised on TTÜ biorobootikud ka ise valmis valanud. Käes hoides meenutavad need tõepoolest poolitatud päris kala: saba tundub sama raske ja painduv nagu keskmise forelli saba ning ka võdiseb samamoodi.

TTÜ, Riia tehnikaülikooli, Itaalia tehnoloogiainstituudi ja Verona ülikooli ning Suurbritannia Bathi ülikooli konsortsium loob tehiskala ehk allveerobotit, mis oskab vee all ujuda nagu päris kala, kasutades edasiliikumiseks sabauime, mitte sõukruvi.

See robot peaks vee all ka orienteeruma päris kala moodi, tunnetades vee liikumist kunstliku küljejoonega. Uuringuteks on konsortsiumil üle 28 miljoni krooni.

«Sõukruviga masinad on palju ebaefektiivsemad energiakasutajad kui kalad, kes ujuvad uimede abil,» selgitab teadur Madis Listak. «Aegnale mootorpaadiga sõites kulub 20 minutit ja 40 liitrit kütust. Mõni auto sõidab 40 liitriga aga tuhat kilomeetrit. Mootorpaadi energia kaob vette ja õhku; paat tekitab veekeeriseid, kuid edasi ei liigu.»

Kalad aga on välja arendanud kõige efektiivsema vees kulgemise tehnika. Selles veendumiseks piisab akvaariumi kalade põgusast vaatlemisest: kerge sabaliigutusega sööstab kala ühest akvaariumiservast teise mingeid veekeeriseid tekitamata.

Kuidas täpselt kala oma efektiivsuse saavutab, seda allveeroboti loojad uurivadki. Väliselt kalasarnase masina ehitamisest ainuüksi ei piisa, ka uime liikumine peab käima õige amplituudi ja sagedusega.

See võib näida kaelamurdva ülesandena, kui oletada, et kala jäljendamiseks tuleb jäljendada kogu tema keha katvat lihaskonda ühes närvisüsteemi ja ajuga. Aga teadlased loodavad rahuldava tulemuse saavutada väga lihtsalt.

«Oleme praegu mänginud erinevate materjalidega, millest kala kere valmistada,» lausub Kruusmaa. «Tuleb välja, et materjali õige viskoossus ja elastsus mängib suurt rolli.» Õigest materjalist kere «oskab» end ise liigutada. Siis piisab ühest mootorist, et panna roboti sabauim võnkuma nagu päris kala saba.

Kruusmaa sõnul on nii ka elusate kalade puhul: nende keha teeb suure osa liikumiseks vajalikust arvutustööst aju eest ära. Kala kehakuju võimaldab liikumisenergiat ammutada ka veekeeristest ja -voolust ning seetõttu võib isegi surnud kala liikuda vastuvoolu.

«Loodus on kala nii kavalalt ehitanud, et ajule jääks võimalikult vähe ülesandeid,» sõnab Kruusmaa.

Siiski tuleb robotkalale anda  ka kunstlik aju ja tajumisorgan. Selleks ehitavad teadlased kala kunstlikku küljejoont: organit, mille abil kala tajub voolu, keeriseid ja lainetust.

Päris kalad isegi «näevad» küljejoone abil, tundes sellega ära kivide tekitatavaid keeriseid ning tehes järeldusi neid põhjustava objekti suuruse kohta. Ka juhivad kalad küljejoone abil parves ujumist, jälgivad saagi liikumist jne.

Kunstlik küljejoon koosneb üliväikestest karvakestest, mis vee mõjul painduvad ja saadavad sellekohase signaali arvutisse. See etendab kala aju rolli ja teeb järeldusi vee liikumise kohta. Nii peaks robot omandama võime navigeerida näiteks kivide vahel.

See tehnoloogia avaks uued võimalused pääste- ja uurimisrobotite ehitamiseks ja mootorpaatide täiustamiseks.

Kui kalasaba Riiast kohale jõuab, ühendavad TTÜ biorobootikud selle kala esiosa kujutava korpuse ja selles paikneva mootoriga ning alustavad katsetusi hiigelakvaariumis, kus saab tekitada veevoolu. Järgmise aasta teises pooles peaks aset leidma juba võistlus robotkala ja ehtsa forelli vahel.