Starting from ''' 15th of December 2020 - 31st of December''', please mark into the table below when you need to carry out experimental work in the chemistry labs 324 (maximum 4 persons at a time) or 326 (Gray room, 2 persons at a time) to organize safe working in IMS Lab chemistry labs. Please mark your name to this table even if you have booked any instrument in other tables. Let's be considerate and I'm sure we shall manage.

Please follow these guidelines:
* Always keep the mask on in the labs (wear it properly and change it as required by the user manual!)
* Keep safe distance from your colleagues: at least 2 m
* If possible, book only half a day for your experiment. If the experiment lasts longer, mark the other half of the day as well but be willing to negotiate with fellow students about alternative time slots to enable everyone to have some access to the lab.
* You may add exact experiment time in the brackets after your name if you know that you will not use the entire time of your session.
* In the Gray room '''326, PLEASE DO NOT OPEN WINDOWS,''' but in 324 chemistry lab, if possible, please air the lab after your session by opening a window or two for 15 minutes.

'''Contact person''': '''Anna-Liisa Peikolainen.''' If you have questions or you need help in booking, please contact me via Slack.

''' Newer bookings on top'''

{| class="wikitable" style="text-align:center"
|-
!!!colspan="2"| Lab 324

4 persons at a time

!colspan="2"| Lab 326

2 persons at a time
|-
|'''Date'''||8:00-12:00||13:00-17:00||8:00-12:00||13:00-17:00
|-
|'''18.12.2020'''

|Person 1

Person 2

Person 3

Person 4

|Person 1

Person 2

Person 3

Person 4

|Person 1 - Urmas (10-12)

Person 2

|Person 1 - Urmas (12-17)

Person 2
|-
|-
|'''17.12.2020'''

|Person 1 Mona Küüts

Person 2

Person 3

Person 4

|Person 1

Person 2

Person 3

Person 4

|Person 1

Person 2

|Person 1 - Karl Usin (14-18)

Person 2
|-
|'''16.12.2020'''

|Person 1

Person 2

Person 3

Person 4

|Person 1

Person 2

Person 3

Person 4

|Person 1 - Siim Koor (08-12)

Person 2

|Person 1- A.-L. Peikolainen

Person 2
|-
|'''15.12.2020'''

|Person 1 - A.-L. Peikolainen (9:30-12:00)

Person 2

Person 3

Person 4

|Person 1 - Ausra Baradoke [14:00-16:00]

Person 2 - Mona [16-18]

Person 3 - Indrek [16-18]

Person 4 - Saoni Banerji [16:00-18:00]

|Person 1

Person 2

|Person 1

Person 2
|-
|'''Date'''

|Person 1

Person 2

Person 3

Person 4

|Person 1

Person 2

Person 3

Person 4

|Person 1

Person 2

|Person 1

Person 2
|}

2018-08-29T06:08:01Z

Indrekm: Indrekm uploaded a new version of File:Indrek.jpg

Soft Robotics

2018-08-27T09:54:11Z

Indrekm: /* IMS Soft robotics */

Student projects

2018-08-27T09:53:49Z

Indrekm:

[[Image:IMS poster.png|300px|right]]

''Siin on mõned tegemised, mide meie uurimisgrupi juures on võimalik teha. Tegemist pole lõpliku nimekirjaga ning head tegijad on alati oodatud huvitavate ideedega. Kõikidest teemadest on võimalik edasi minna kuni PhD kaitsmiseni.''
''Huvi korral [[User:Alvo#Contacts|võta ühendust]]''. Mõnede teemade kirjeldused on inglise keeles.

='''Üldine info bakalaureuse- ja magistritöö tegijatele'''=

Teil on kaks juhendajat. Eeldame, et te vähemalt kord nädalas võtate vähemalt ühe juhendajaga kontakti ja arutate läbi oma mured ja tegemised. Lisaks ootame tudengitelt aktiivset osavõttu kord nädalas toimuvast labori seminarist ja journal club'ist, kus harjutatakse avalikku esinemist, et kaitsmisel oleks lihtsam.

Tudeng sõlmib juhendajatega individuaalse juhendamise lepingu, kus täpsustatakse töökorraldus ja oodatavad tulemused

Töö esimene versioon peab olema esitatud hiljemalt 1. maiks.
Esimene version peab sisaldama:
# sissejuhatust, mis räägib, miks projekti tulemus on vajalik ja mida teised selles valdkonnas maailmas teinud on;
# projekti teoreetilisi/matemaatilisi/mudeli aluseid lahti kirjutatuna;
# tehtud tegevuse detailset kirjeldust (detaile pole kunagi liiga palju, delete on lihtsaim funktsioon, mida juhendaja teie kirjaliku töö ümber kirjutamisel :) teha saab);
# töö tulemusi, st kas mõõtmistulemusi või seadme töötava! prototüübi tehniline kirjeldust ja seadet ennast;
# hinnangut oma tööle, st töö tulemuste edasise arengu analüüsi, tulemuste analüüsi ja hinnangut töö tulemuse kvaliteedile.

'''Töö kaitsmisele lubamiseks on kohustuslik läbida laborisisene eelkaitsmine, vajadusel korduv'''. Eelkaitsmiste ajagraafik kuulutatakse välja igal aastal aprillis. Arvestada tuleb ajaliste piirangutega- Eelkaitsmisele õigeaegne registreerumine on tudengi kohustus.


= ''' Koostööprojektid ettevõtetega (BSC/MSC theses in collaboration with companies)'''=
== ABB Eesti / ABB Estonia ==
Lõputööde teemad mis on seotud koostööga ABB AS Eestiga. Töö läbi viimisel on kaasatud kaasjuhendaja ABB poolelt koos praktiseerimisvõimalusega ABB-s.

Following topics are conducted in collaboration with ABB Estonian branch. All the topics include co-supervision from ABB.

* [[Utilization of Virtual Reality in Product Development of a VSD cabinet]]
* [[Electric and magnetic field analyses in ALT tester]]
* [[Creation of accurate contact modelling technique for linear FEM-analysis]]

==Materjalide arendus tööstusele==

Projekti raames lahendatakse erinevate tööstuspartnerite tehnoloogilisi probleeme või arendatakse neile uusi tooteid. Mõned näited:
* mittepõlev silikoonvaht istmepolstrite jm pehmenduste jaoks;
* mikroarmatuuriga poorbetoon, mis oleks korraga konstruktsiooni- ja isolatsioonimaterjal;
* kiirbetooni omaduste optimeerimine
* šlakigraanulite taaskasutus
* klaasi keemiline karastamine

= '''Liitium- ja naatriumakud (Li-Ion and Na-Ion batteries)''' =

Kaasaskantav mikroakutoide on oluliseks faktoriks paljudes arenevates tehnoloogiasuundades, kuna mikroelektroonika mõõtmete vähenemine on jätnud kaugele seljataha väikesemõõduliste vooluallikate arengu. Sobivate kaasaskantavate vooluallikate vähene energiamahtuvus on saamas takistuseks mitmete tehnoloogiasuundade nagu kaasaskantavate arvutusseadmete (Weareable Computing Technology e. WCT), mikroelektromehaaniliste seadmete (MEMS), biomeditsiiniliste mikromasinate arengus. Üheks võtmeprobleemiks selliste seadmete edukaks toimimiseks on nende varustamine vooluallikatega, mis ühelt küljelt tagavad seadme piisava energiahulgaga varustamise ning teiselt küljelt, on võimalikult väikesemõõduised ning kergekaalulised. Sellise konfiguratsiooni juures tulevad ilmsiks olemasolevate, olemuselt kahemõõtmeliste (2D) liitium-ioonakude puudused – nii väikeste ruum- ja pindalade puhul ei ole võimalik saavutada piisavaid energiatihedusi. Seda probleemi võimaldab lahendada 3D mikroakude (MB) kasutusele võtmine. Liitiumioonakude arhitektuuri optimeerimise eesmärgiks on valmistada töötav 3D-MB, mille energiatihedus ning mahtuvus on vähemalt suurusjärgu võrra suuremad praegu kasutusel olevate akude omadest. Toimiva 3D-MB välja töötamiseks arendatakse ja uuritakse erinevaid mikroaku arhitektuure, neist sobiva väljavalimist ning optimeerimist lihtsustavad oluliselt teoreetilised, arvutisimulatsioonidega läbi viidavad uuringud, mis võimaldavad testida erinevaid 3D-MB arhitektuure, lahendada optimeerimisülesandeid elektroodide optimaalse geomeetria leidmiseks; optimeerida elektroodi pinda; uurida terve aku käitumist laadimisel-tühjakslaadimisel; optimeerida sobivaid mikroaku arhitektuure. Meetodid makrotasandis, mida selliste uuringute läbiviimiseks kasutatakse on lõplike elementide meetod (LEM) ning mikrotasandil molekulaardünaamilise simulatsiooni meetod (MD). Simulatsioonide läbiviimiseks kasutatakse LEM-i puhul tarkvarapakette COMSOL Multiphysics ja Elmer ning MD puhul tarkvarapaketti dl_poly.

* [[3D-mikroakud]]
* [[Akude valmistamine printimistehnoloogia abil]]

='''Materials science in CERN'''=

CERN is one of the leading research centres in the Europe, responsible for several key science and technology breakthroughs such as confirmation of Higgs boson and internet. It boosts constant research and development in many different fields next to fundamental particle or nuclear physics, such as materials science. One of the resent developments is new CLIC accelerator, intended for both, precise measurements of Higgs boson and probing new, beyond standard model physics. However, development of CLIC has significant materials science related issues: it utilizes huge electric fields to accelerate particles and suffers significant electric field related material surface damage([[Electrical breakdowns in CLIC accelerator]] ).

The work conducted during this project is part of larger international collaboration including CERN, Finland, Sweden, Israel and more. Participation will include a lot of challenging work, but offers possibilities to take part from CERN summer student projects, have visits to collaborating groups and publish cutting edge research results early on. For example, so far, all related masters theses have yielded at least one research paper! These topics have not only opened up opportunities for follow up PhD studies in Tartu University but also in Helsinki University and EMPA (part of ETH domain in Switzerland).

'''Only some examples of current extremely interesting topics are presented below.''' While some topics are more physics focused, others are more suitable for Computer Engineering curricula students!

(We are always open to your own ideas and suggestions considering possible thesis topic!!!!)

* DFT simulations of Cu under external electric field
* Electric field influence to the interatomic potentials in Molecular Dynamics studies
* Nanoscale metal surface under RF electriomagnetic field
* Influence of nanoscale surface defects to the electron emission and electrical conductivity of the material
* Influence of the electric field to the generation of surface defects using in situ SEM and computer simulations
* [[Thermal runaway simulation with Femocs code and Poisson solver]]

Software devfelopment related to [https://github.com/veskem/femocs Femocs] development:
* implement new physics into [https://github.com/veskem/femocs Femocs] code such as elastisity, stresses, fluid dynamics for simulating molten nanotips
* implement 2nd order tetrahedral FEM solver
* implement Voronoi FEM solver
* implement mesh builder that uses previous mesh as starting point
* implement more advanced (and parallel) mesh smoothing
* increase parallelization (look / implement parallel mesh generators, parallelize coordination calculation that uses splitted nborlist, parallelize & optimize tet->hex conversion)

= '''Eksperimentaalne materjaliteadus''' =

==Bioühilduvad elektroaktiivsed polümeerid==

(23.08.2018)

Bioinspireeritud robootika on tänapäeva inseneritehnoloogia ja teaduse peamisi arengusuundi. Traditsioonilised aktuaatorid ei ole pehmetes ja painduvates seadmetes rakendatavad, seega on juba aastakümneid uuritud elektroaktiivseid polümeerseid täitureid (''electroactive polymer'' - EAP). EAP-de silmapaistvaks omaduseks on nende multifunktsionaalsus: materjali saab rakendada nii aktuaatori (omadused muutuvad elektrivälja toimel) kui ka sensorina (muutus keskkonna tingimustes põhjustab detekteeritavat elektrivoolu). Elektroaktiivsete polümeeride ühe rakendusena on välja pakutud mitmesugused meditsiiniseadmed (implanteeritavad sensorid, drug delivery seadmed, ...). Nõudmised materjalile on kõrged: ideaalne aktuaator omab laia liigutusulatust juba madalal pingel, on kiire, kerge, vastupidav ning lihtsalt ja odavalt toodetav. Lisaks peab materjal olema bioühilduv.

Antud projekti eesmärk on välja töötada bioühilduv ioonne elektromehaaniline polümeerne täitur (''ionic electroactive polymer'' - IEAP). Uuritav materjal koosneb juhtivpolümeersete või süsinikelektroodide vahele paigutatud biopolümeersest membraanist, elektrolüüdina kasutatakse madala toksilisusega looduslikku päritolu ioonseid vedelikke. Bakalaureuse ja magistritöö teemasid on välja pakkuda projekti erinevates etappides:
* Ioonsete vedelike süntees ja karakteriseerimine
* Ioonsete vedelike segude uurimine nii eksperimentaalselt kui arvutuskeemia meetodeid kasutades
* Süsinikelektroodidega IEAP valmistamine pihustusmeetodil kasutades lähteainetena mitmesuguseid biopolümeere ja madala toksilisusega ioonseid vedelikke
* Erinevate ioonsete vedelike testimine juhtivpolümeersete (polüpürrool) elektroodidega IEAPs: optimaalse polüpürrooli struktuuri ja sünteesiparameetrite otsimine erinevate ioonsete vedelike jaoks
* Biopolümeersete membraanide valmistamine elektrospinnimise teel ja saadud materjalide testimine juhtivpolümeersete IEAP-de valmistamiseks
* ''deep eutectic solvents'' kui alternatiiv ioonsetele vedelikele: kas on rakendatav IEAP-des?

== Süsinikelektroodidega polümeersed täiturid==

Kunstlihaseid ehk elektroaktiivseid polümeerseid täitureid on väga palju erinevaid. Nanopoorsest süsinikust elektroodidega ioonsed täiturid töötavad madalpingel ning neil on mitmed eelised kasutamiseks mikroseadmetes ja meditsiinis. Hetkel on uurimisel kaks suunda. Esimese eesmärk on arendada kunstlihasetes kasutatavaid ioonvedelik-süsinik-polümeer komposiite, kasutades selleks erinevaid süsinikmaterjale (süsinikaerogeeli, karbiidset süsinikku, süsiniknanotorusid jpt), ioonseid vedelikke, polümeere. Teine suund keskendub uute kunstlihase valmistamise tehnoloogiate rakendamisele. Uurime materjalide omadusi ja toimimismehhanisme, et kasutada neid aktuaatorite ning sensoritena. Bakalaureuse- ja magistritööks on teemasid mõlemast suunast:
* uut tüüpi nanomaterjali kasutamine täituri elektroodina
* süsinik-kserogeeli valmistamine ja struktuur-omadus seoste uurimine
* täituri valmistamine vurrkatmise meetodil (spin-coating)

==Kunstlihased kosmoserakendustes==

Meie poolt valmistatavad materjalid on kerged ning juhitavad madalate elektripingetega. Seetõttu pakuvad nad huvi kosmosetehnoloogia seadmete valmistajatele.
Töö eesmärgiks on uurida kiirguse, temperatuuri jpt kosmoses materjalidele mõjuvate kahjustavate toimete mõju.

==Juhtivpolümeeridel põhinevate mitmekihiliste kunstlihaste valmistamine ja iseloomustamine==

Kunstlihased, sensorid ja energiahõiveseadmed on elektritjuhtivate orgaaniliste polümeeride uudsemateks ja põnevamateks arengusuundadeks. Neid loodetakse kasutada meditsiinis, robootikas, kosmose- ja militaartööstuses. Enne laiaulatuslikku kasutuselevõttu on siiski vaja veel teha hulk arendustööd. Mitmekihilise disain loob eeldused juhtivpolümeerse materjali paremaks kontrollimiseks ning tema omaduste parandamiseks. TÜ IMS laboris on välja töötatud uudsed sünteesimeetodid metallivabade kunstlihaste valmistamiseks. Senistel lihtsa ühekihilise struktuuriga materjalidel on mitmeid puudusi (juhtuvuse langus, tundlikus väliskeskkonna mõjudele). Aktuatsiooni tekitavale polümeerikihile vastupidise ioonliikuvusega kihtide lisamine loob eelduse neid puudusi vältida.

==Süsinikelektroodidega täiturmaterjali tööstusliku tootmise ettevalmistamine==

Projekti sisuks on välja töötada materjal ja metoodika kuidas valmistada süsinikelektroodidega täitureid tööstuslikke protsesse kasutades. Töö laiem eesmärk on selliste materjalide masstootmine.

==Biokütuseelement==

Biokütuseelement on bioreaktor, mis muundab orgaaniliste ühendite keemiliste sidemete energia elektrienergiaks. Näiteks glükoosil ja hapnikul töötavad biokütuseelemendid, mis on võimelised energiat korjama erinevates bioloogilistest vedelikest, on paljulubavad seadmed rakendamiseks energiaallikatena mitmesugustes bioelektrilistes implantaatides nagu insuliinipumbad, ravimidosaatorid, närvistimulaatorid, südamestimulaatorid. Antud projekt tegeleb uudse elektroodimaterjali väljatöötamisega biokütuseelemendi jaoks.

==Pehmed kantavad sensorid==

Kõikvõimaliku kantava elektroonika populaarsuse kasv on suurendanud huvi pehmete sensorite vastu, mis mõõdaksid objektide (näiteks inimese keha) kuju ja asendit ilma liikumist takistamata. Senise uurimistöö käigus on välja töötatud sensortald, mis võimaldab sportlasel jälgida jala aluse rõhu jaotust aga ka igal sammul rakendatavat võimsust. Mitmekihiliste elastsete sensorite võrgustik suudab jälgida kehakuju muutust või liikumist, mõõtes korraga nii pikenemist kui painet. Uurimistöö jätkub erinevate uudsete jala- ja keha sensorite väljatöötamiseks.

= '''Arvutieksperimendid ja materjalide simuleerimine''' =

==Kunstlihaste materjalide uurimine erinevate arvutisimulatsioonimeetodite abil==

* Tegemist on materjaliga, mida välise elektriväljaga on võimalik panna kuju muutma: painduma, punduma, kokku tõmbuma - nagu teeb reaalne lihas
* kunstlihase materjal võib ka reageerida välisele mehaanilisele kujumuutusele elektrilise signaaliga
* kunstlihas tegutseb hääletult, olles ise mõõtmetelt väga väike
* kunstlihase materjalidena uuritakse selliseid "hitte" nagu grafeen ja ioonvedelik
* arvutisimulatsioonid viivad sind materjali "sisse", võimaldades näha seda, mis katses jääb varju, anda infot toimuvate protsesside kohta ja näpunäiteid materjalide parendamiseks
* tahad teda, kuidas liigutab 2 cm pikkune riba kunstlihast? võta lõplike lementide meetod ja sa näed ära pinged ja deformatsioonid kujumuutmisel
* tahad teada, kuidas elektroodide kuju muutmine mõjutab liitiumioonaku mahtuvust - seda, kui kaua sinu elektriauto mööda Tartu-Tallinna maanteed suudaks kihutada? võta lõplike elementide meetod ja sa saad välja arvutada aku tühjenemise kiiruse sinu elektriauto toitmisel
* tahad teada, kuidas liiguvad ja mõjutavad üksteist aatomid ja molekulid kunstlihases ja liitiumioonaku elektroodides ning elektrolüüdis? võta molekulaardünaamiline simulatsioon ja sa saad siseneda maailma, mis on 10000 korda väiksem sinu juuksekarva läbimõõdust
* tahad virtuaalselt istuda iga aatomi peal ja näha, kuidas ühe aatomi elektronpilv lööb teise oma segamini? võta kvantkeemiline molekulaardünaamika ja sinu sõit lainefunktsioonide harjadel on pöörasem kui Ristna neemel Katja ajal.

= '''Aktuaatorid, seadmed ja nende juhtimine''' =

==IPMC täitureid kasutava autonoomse seadme konstrueerimine==

Eesmärgiks on nn kunstlihaseid kasutavate materjalide abil liikuvate autonoomsete seadmete konstrueerimine ning töö kirjeldamine. Valik ideid: "putukas", ratas, minipurilennuk, mikrohumanoid jne.

==Süsinik-polümeermaterjalidest täiturite juhtimine==

Töö eesmärgiks on parametriseerida ning uurida materjaliteadlaste poolt laboris loodud uudsete materjalide elektromehaanilisi omadusi. St. vajalike elektromehaaniliste ja füüsikaliskeemiliste mudelite loomine, nende mudelite kirjeldamine ning eksperimentaalsete tulemuste vastu kinnitamine. Töö sobib (erinevates mahtudes) bakalaureus, magistri ja doktoritöödeks. Vajalik on võõrkeele oskus ning soov ja võimalus töötada aegajalt erinevates laborites välismaa ülikoolides.

= '''Robotics''' =
<big>Click [[student projects in robotics|here]] for [[student projects in robotics]]</big>

= '''Soft Robotics''' =
[[soft robotics student projects|Currently active and relevant topics for soft robotics]]

= '''Partneritega seotud teemad''' =

==Kõrgkoolide õppekavade masinõppel põhinev analüüs==

Projekti eesmärgiks on arendada masinõppel põhinev tarkvara, mis suudaks automaatselt analüüsida ja kaardistada Tartu Ülikooli õppekavade ning nendes loetavate ainete sisu viisil, et oleks jooksvalt võimalik hinnata õppekvaliteeti ja selle vastavust tööturu reaalsetele vajadustele. '''Eriti sobilik tudengitele,''' kellel on lisaks erialasele huvile soov kokkupuutuda '''startup''' ja tehnoloogia ettevõttlusega.

'''Bakalaureuse- või magistritöö käigus loodav praktiline tarkvaralahendus:'''
* analüüsib õppekavade terviklikkust, erinevate moodulite ja õppeainete vaheliste seoste sidusust, vastavust õppekava ja mooduli üldeesmärkidele,
* analüüsib jooksvalt õppekavade vastavust tööturu vajadustele lähtuvalt töötajatele reaalselt esitatavatest kvalifikatsiooni nõuetest,
* annab õppejõududele ja programmijuhtidele infot võimalikest kattuvustest, puuduvatest eelteadmistest õppeainetele ja arenguvajadustest,
* võimaldab arendada ühismooduleid ja õppeaineid erinevate õppekavade vahel eeldusteadmiste lünkadeta ja kattuvusteta,
* võimaldab hinnata ja võrrelda juba olemasolevate ja veel loodavate õppekavade konkurentsivõimet teiste koolide sarnaste õppekavadega.

'''Antud lõputöö kontekstis olulised märksõnad on:'''
* suurandmed ja andmekaeve (big data & data mining)
* masinõppe algoritmid (machine learning)
* andmete visualiseerimine (data visualization)

Lõputööd juhendab Aleksander Tõnnisson, kes on teinud üle 40-ne investeeringu iduettevõtetesse.

= '''Õppetööga seotud''' =
== Juhendmaterjali koostamine koolirobootika tarbeks==
Töö eesmärgiks on koostada õpetajatele juhendmaterjale ja põnevaid tööülesandeid robootikast, aga samuti ülesandeid, mis aitavad lastel õppida füüsikat, matemaatikat, keemiat ja bioloogiat.
-->

Theses in Soft Robotics

2018-08-27T09:47:20Z

Indrekm: Created page with "== Possible topics for students' projects == * Bioinspired micro-robots propelled by artificial muscles The locomotion and object manipulation mechanisms in nature are much di..."

== Possible topics for students' projects ==
* Bioinspired micro-robots propelled by artificial muscles
The locomotion and object manipulation mechanisms in nature are much different from those commonly used in robots. Put in another way, the toolbox available for the today’s roboticists is limited to a rather narrow range of achievable actuation modes (typically combinations of rotary and linear actuations), resulting in the today’s robots being effectively only in modes that are easily achievable by the available techniques. In contrast, soft robotics offers a practically infinite range of achievable actuation modes, enabling mimicking most locomotion modes known from the nature. Previously in the IMS lab, gait of an inchworm and a walking insect have been demonstrated as first instances. For next advancement, a water strider is suggested as a model to be mimicked. This research direction involves development of highly miniaturized and superlight electronics and mechanics, using high-end materials and components. The projected size of the robots is such that it is best viewed (this implies, also assembled) under the microscope. Knowledge in electronics and preparedness for precise work at small scale are beneficial.
* Variable-stiffness soft robotics materials
Soft robots introduce the need for modulating the stiffness of the materials. In fact, the perspective applications in bioinspired soft robots are not possible without stiffness control. In this package, several robotics concepts are designed and evaluated for stiffness modulation (intrinsic or extrinsic heating, …).
* Electroactive textiles and textile electronics
The evolutionary development of artificial muscles at IMS Lab has recently crossed with embedding a textile reinforcement into the structure for more efficient assembly process Evidently, the gain of this additional step is not limited to more repeatable fabrication, but it effectively stitched together two major industrial development directions: soft robotics (represented by the artificial muscle) and wearable electronics (inseparable from utilizing a textile platform). This newfound crossing point creates fascinating opportunities: the artificial muscles are readily embedded into textiles and can be rendered as a true artificial skin. The perspective applications include healthcare, sports, and fashion. This activity involves tuning the material preparation and prototyping of the wearable technologies.
Several subdirections are available:
- The electroactive textile can be used as an actuator as well as a deformation sensor. However, the optimization criteria are much different. As actuator is already optimized by multiple iterations, the task is to experimentally verify the fabrication parameters for the most efficient sensor. Additionally, a direct one-to-one benchmarking of an electroactive textile based on ionic and electronic effects is an attractive task.
- New proof-of-concept wearable devices with soft textile-base actuators
- Distributed electronics specific for large-scale ionic smart textiles
[Kaasik, Friedrich, et al. "Scalable fabrication of ionic and capacitive laminate actuators for soft robotics." Sensors and Actuators B: Chemical 246 (2017): 154-163].
* Perception of wearable robots
Soft robotics enables perspective wearable applications for human health monitoring and improvement. More specifically, the mechanical properties of soft robot components can be tuned to closely match the properties of human tissues. This concept is very different from the conventional approach, typically involving a rigid probe touching the human tissue. The aspects of user perception of wearable robots in direct contact with the human body, involving moving or morphing components, is not clear in detail. Aimed at futuristic health improvement technologies, the work involves the design of a soft morphing embodiment attached on the skin and registering the perception by the user. Skills and interests in electronics prototyping and data analysis are desired.
* Soft vacuum-compatible manipulator
Scanning electron microscopy (SEM) offers real-time visualization of nanoscale objects at a resolution beyond the optically achievable. Concurrently, in-situ manipulation of soft samples with SEM feedback is needed. Our soft shape-changing actuators made of an electromechanically active ionic and capacitive laminate (ICL) are attractive as SEM micromanipulators specifically for soft (also biological) samples, gels and liquids. Although the ICLs do contain a liquid electrolyte that traditionally has been considered incompatible, the non-evaporative characteristic of the ionic liquid electrolyte enables stable operation even in vacuum environment. As an important asset, the ICL micromanipulator can be attached with sensors for getting multiscale perception of the soft objects at microscale. This work involves mechanical and electrical design of the micromanipulator, design and integration of a control system (e.g. a haptic glove), assembly, and testing.

Soft Robotics

2018-08-24T05:42:43Z

Indrekm:

= IMS Soft robotics =
[[File:FourICLrobotsCover.jpg|400px|thumb|right| Miniature energy-autonomous robots with soft actuators]]
== Our vision and goal ==
Soft robotics bridges life and robotics. Soft robots demonstrate qualities similar to natural beings, thus allowing to automate tasks previously considered exclusive for humans and other living nature. We design a framework for robots with natural-like interactions with unstructured environments and with delicate objects such as human bodies. First, we develop novel electroactive materials as robotic actuators and sensors. Next, we identify and implement function-specific movement mechanisms that are effective and specific for shape-morphing materials and structures, often finding inspiration from the nature. Finally, we develop applications in the fields of personal medicine, minimally invasive medical instruments, wearable devices, surveillance and rescue.

== Highlights ==
* UT was first to demonstrate power-autonomous terrestrial robots propelled by artificial muscles
* We have developed a method for building ionic artificial muscles on textile substrate
* We can build soft laminated materials that actuate and sense motion

== Capabilities ==
We develop soft robots in three stages
# New bottom-up fabrication methods for robotic materials
# Tailoring the interactions between the robotic materials and the environment
# Prototyping of soft electro-ionic devices

=== Tools we use ===
* Additive fabrication methods for building soft electroactive laminates
* Electrochemical and electromechanical impedance spectroscopy
* Microelectronic control of soft actuators

=== Equipment ===
* Customized spray-coating set-up
* Electromechanical testbenches with full electronic control
* Computer vision set-up for robotics materials characterization
* In-situ characterization of robotic materials using scanning electron microscopy
* Dynamic mechanical analysis of robotic materials in a controlled atmosphere
* Thermal imaging of robot's action

== Primary contacts ==
* [https://orcid.org/0000-0002-9151-1548 Indrek Must]
* [https://orcid.org/0000-0002-0183-1282 Alvo Aabloo]

== Some completed student projects ==
* A self-rolling wheel based on artificial muscles
* An insect-inspored walking robot with artificial muscles
* Spray-fabrication of artificial muscles on glass fiber cloth
* Measurement device for characterization of mechano-sensing laminates
* Measurement device for mechanical properties of soft laminates

== Possible topics for students' projects ==
* Bioinspired micro-robots propelled by artificial muscles
The locomotion and object manipulation mechanisms in nature are much different from those commonly used in robots. Put in another way, the toolbox available for the today’s roboticists is limited to a rather narrow range of achievable actuation modes (typically combinations of rotary and linear actuations), resulting in the today’s robots being effectively only in modes that are easily achievable by the available techniques. In contrast, soft robotics offers a practically infinite range of achievable actuation modes, enabling mimicking most locomotion modes known from the nature. Previously in the IMS lab, gait of an inchworm and a walking insect have been demonstrated as first instances. For next advancement, a water strider is suggested as a model to be mimicked. This research direction involves development of highly miniaturized and superlight electronics and mechanics, using high-end materials and components. The projected size of the robots is such that it is best viewed (this implies, also assembled) under the microscope. Knowledge in electronics and preparedness for precise work at small scale are beneficial.
* Variable-stiffness soft robotics materials
Soft robots introduce the need for modulating the stiffness of the materials. In fact, the perspective applications in bioinspired soft robots are not possible without stiffness control. In this package, several robotics concepts are designed and evaluated for stiffness modulation (intrinsic or extrinsic heating, …).
* Electroactive textiles and textile electronics
The evolutionary development of artificial muscles at IMS Lab has recently crossed with embedding a textile reinforcement into the structure for more efficient assembly process Evidently, the gain of this additional step is not limited to more repeatable fabrication, but it effectively stitched together two major industrial development directions: soft robotics (represented by the artificial muscle) and wearable electronics (inseparable from utilizing a textile platform). This newfound crossing point creates fascinating opportunities: the artificial muscles are readily embedded into textiles and can be rendered as a true artificial skin. The perspective applications include healthcare, sports, and fashion. This activity involves tuning the material preparation and prototyping of the wearable technologies.
Several subdirections are available:
- The electroactive textile can be used as an actuator as well as a deformation sensor. However, the optimization criteria are much different. As actuator is already optimized by multiple iterations, the task is to experimentally verify the fabrication parameters for the most efficient sensor. Additionally, a direct one-to-one benchmarking of an electroactive textile based on ionic and electronic effects is an attractive task.
- New proof-of-concept wearable devices with soft textile-base actuators
- Distributed electronics specific for large-scale ionic smart textiles
[Kaasik, Friedrich, et al. "Scalable fabrication of ionic and capacitive laminate actuators for soft robotics." Sensors and Actuators B: Chemical 246 (2017): 154-163].
* Perception of wearable robots
Soft robotics enables perspective wearable applications for human health monitoring and improvement. More specifically, the mechanical properties of soft robot components can be tuned to closely match the properties of human tissues. This concept is very different from the conventional approach, typically involving a rigid probe touching the human tissue. The aspects of user perception of wearable robots in direct contact with the human body, involving moving or morphing components, is not clear in detail. Aimed at futuristic health improvement technologies, the work involves the design of a soft morphing embodiment attached on the skin and registering the perception by the user. Skills and interests in electronics prototyping and data analysis are desired.
* Soft vacuum-compatible manipulator
Scanning electron microscopy (SEM) offers real-time visualization of nanoscale objects at a resolution beyond the optically achievable. Concurrently, in-situ manipulation of soft samples with SEM feedback is needed. Our soft shape-changing actuators made of an electromechanically active ionic and capacitive laminate (ICL) are attractive as SEM micromanipulators specifically for soft (also biological) samples, gels and liquids. Although the ICLs do contain a liquid electrolyte that traditionally has been considered incompatible, the non-evaporative characteristic of the ionic liquid electrolyte enables stable operation even in vacuum environment. As an important asset, the ICL micromanipulator can be attached with sensors for getting multiscale perception of the soft objects at microscale. This work involves mechanical and electrical design of the micromanipulator, design and integration of a control system (e.g. a haptic glove), assembly, and testing.

== Porfolio ==

=== Selected Publications ===

[https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adem.201400246 Must, Indrek, et al. "Ionic and capacitive artificial muscle for biomimetic soft robotics." ''Advanced Engineering Materials'' 17.1 (2015): 84-94.]]

[https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400517302927 Kaasik, Friedrich, et al. "Scalable fabrication of ionic and capacitive laminate actuators for soft robotics." ''Sensors and Actuators B: Chemical'' 246 (2017): 154-163.]]

=== Outreach ===
* [https://www.uttv.ee/naita?id=27125 Pehmed robotid rasketes ülesannetes (liftikõne)]
* [https://www.youtube.com/channel/UC186z2gc0XiLh12hNvPZdUQ Youtube channel: Smart Materials & Soft Robotics ]

2018-05-05T12:04:10Z

Indrekm: /* Soft robotics */

Soft Robotics

2018-05-05T12:00:54Z

Indrekm: /* Soft robotics */

File:FourICLrobotsCover.jpg

2018-05-05T11:57:52Z

Indrekm: File uploaded with MsUpload

File uploaded with MsUpload