Kyse ei ole uudenlaisesta aikuisten palapelistä, vaan siitä, että tietokoneen avulla voidaan suunnitella hyvinkin monimutkaisia rakenteita, joiden rakenneosina ovat yksinkertaiset, erilliset, samanlaiset rakennepalaset. Vaikkapa metallista tai komposiiteista tehtyt palaset napsahtavat kiinni toisiinsa kuin proteiinit aminohapoissa ja niistä voidaan rakentaa suuriakin, kevyitä ja kestäviä kappaleita. Palaset ovat vähän kuin Legoja tai Meccano-rakennussarjan palasia, joista voidaan koota kokonaisia kappaleita.

Tätä lelumaista ideaa on tutkittu tiiviisti Massachusettsin Teknillisessä Instituutissa, legendaarisessa MIT:ssa, missä Bittien ja Atomien keskuksessa työskentelevien tutkijoiden Kenneth Cheungin ja Neil Gershenfeldin artikkeli aiheesta julkaistiin viime viikolla Science-lehdessä.

Kaksikon idea on käyttää paitsi toisiinsa kiinnittyviä rakennuspalasia, niin myös liittää ne toisiinsa erityisellä geometrialla, mitä käyttämällä tuloksena olevat kappaleet ovat 10 kertaa kestävämpiä kuin aiemmat samanmassaiset kevytrakenteet. Koska kappale koostuu osista, on sen kokoaminen ja purkaminen yhtä helppoa kuin Legoilla leikkiminen, minkä lisäksi mahdolliset vauriot voidaan korjata erittäin yksinkertaisesti: vain vauriokohdan kappaleet pitää vaihtaa uusiin.

Tekniikkaa voikin verrata suoraan biologisiin systeemeihin, missä paikalliset vauriot – haavat ja murtumat – korjaantuvat paikalle kasvavilla uusilla soluilla, paitsi että (ainakaan toistaiseksi) rakennuspalikat eivät pysty itse kasvamaan ja tulemaan paikoilleen. On helppo kuitenkin kuvitella korjausrobotti, joka tarkistaisi rakennetta itsekseen ja korjaisi sitä uusilla palasilla tarpeen mukaan.

Kuvassa olevat palaset ovat vielä suurikokoisia, mutta rakennuspalikat voisivat olla myös hyvin pieniä. Materiaaleina voidaan käyttää komposiittien ja metallien lisäksi muoveja sekä vaikkapa biologisia materiaaleja, kenties solujakin.

Niitä voidaan vaikkapa tulostaa 3D-tulostimella, ja palasista on mahdollista koota suurikokoisiakin kappaleita. Tämä tekee mahdolliseksi suuret säästöt rakentamisessa.

Käyttökohteissa vain mielikuvitus on rajana, mutta ensimmäisenä tekniikka tullee käyttöön kohteissa, missä kaivataan kevyitä ja kestäviä, helposti korjattavia rakenteita. Sellaisia ovat mm. ilmailu- ja avaruustekniikka sekä sillat.

Rautateiden kaapeleiden ja raiteiden, kuparisten kattopellitysten ja muiden ympärillämme olevien metalliesineiden ja -asioiden varastaminen on nykyajan vitsaus – vaikka onneksi Suomessa tämä on vielä vähäistä. Keskisessä Euroopassa esimerkiksi romumetallia kierrättävät yhtiöt eivät suostu enää ostamaan suuria määriä metallia yksityishenkilöiltä, koska tavara on hyvin todennäköisesti varastettua.

Tämä harmillinen ja vaarallinenkin muoti-ilmiö johtuu siitä, että metallin hinta on korkealla. Siksi myös metallien normaaliin kierrätykseen kiinnitetään nykyisin huomiota enemmän: alle kymmeneosa monista metalleista kierrätetään, sillä näiden helposti uusiokäytettävien raaka-aineiden kierrätys ei ole juuri ollut mielessä aikaisemmin. Nyt ajattelutapa on muuttumassa nopeasti.

Tämän uuden ajattelun hengessä YK:n ympäristöohjema UNEP:ille on laadittu eurooppalaisten yliopistojen yhteistyönä raportti Metal Recycling: Opportunities, Limits, Infrastructure. Mukana sen tekemisessä ovat olleet Aalto-yliopistossa työskentelevät Kari Heiskanen ja Markus Reuter.

Raportissa mainitaan muun muassa, että metallintuotannon osuus maapallon energiankulutuksesta ja hiilidioksidipäästöistä on noin kahdeksan prosenttia. Mikäli metallien kierrätystä tehostettaisiin, saavuttettaisiin suuria säästöjä. Esimerkiksi pelkästää teräksen tehokas uusiokäyttö toisi 37–78 prosentin energiasäästöt. Erityisen hankala tilanne on elektroniikassa, sillä tietokoneissa, kodinkoneissa, kännyköissä ja muissa elektronisissa laitteissa käytettävästä kullasta, hopeasta ja palladiumista vain kymmenisen prosenttia saadaan talteen ja uudelleen käyttöön.

Muutos ajattelussa!

"Perinteisesti on mietitty vain yksittäistä ainetta ja sen kiertoa", sanovat aaltolaiset. "Jos kultaa sisältävä kännykkä eksyy vaikka teräksen mukaan, kaikki kulta menee hukkaan. Yhteen alkuaineeseen tuijottamalla törmäämme siis tiilimuuriin, kuvaa Aalto -yliopiston materiaalitekniikan professori Kari Heiskanen metallinkierrätyksen perusongelmaa."

Yksittäisiin aineisiin keskittymisen sijasta lähtökohdaksi pitäisi ottaa itse tuote ja pohtia, miten mahdollisimman suuri osa sen sisältämistä metalleista voitaisiin käyttää uudelleen. Menneinä vuosikymmeninä tehtävä oli yksinkertaisempi, sillä ruuveilla kootut perusluurit oli helppo purkaa osiin ja lajitella kierrätykseen.

Nykyisin tiiviisti pakatuiden älykännyköiden aikakaudella tilanne on toinen: "kuinka monta ruuvia näet tässä älypuhelimessa? Nolla tietenkin, koska ruuvien kiertäminen vaatii kallista ihmistyövoimaa, kun taas liimaaminen voidaan jättää koneen tehtäväksi."

Nykyaikainen tablettitietokone saattaa sitältää helposti yli 60 alkuainetta. "Sellaisen tehtaan rakentaminen, jolla sen kierrättäminen onnistuu, ei olekaan ihan helppo juttu", Heiskanen jatkaa.

Kyseessä ei ole jääkiekko, vaikka Kiekko-Laser on oululainen latkäjoukkue ja Tampereelta tuleva pumpattu kiekkoilija voisi olla Tapparan tai Ilveksen uusi salilla aikaansa viettänyt hyökkääjä. Tämä tarina kertoo sen sijaan Tampereen teknillisen yliopiston uutuudesta: tavasta saada galliumantimonidipohjaisesta laserista erittäin lyhyitä keski-infrapuna-alueella olevia valopulsseja.

Ei, asia ei kuullosta huimalta, mutta se on jälleen eräs arkea helpottava pieni edistysaskel tekniikassa. Sen ansiosta voidaan mm. havaita paremmin hyvin pieniä kaasupitoisuuksia vaikkapa hengitysilmasta ja tämän kaltaisilla lasereilla on lukuisia käyttökohteita esimerkiksi langattomassa optisessa tiedonsiirrossa, lääkeiteteellisessä mikrokirurgiassa sekä LIDAR-laitteistoissa, joilla voidaan kartoittaa laserin avulla kohteita pitkänkin etäisyyden päästä. Rakennustyömailla ja tutkimuksessa käytetään yhä enemmän ja enemmän LIDAR-laitteita.

Kyseessä on diplomi-insinööri Jonna Paajasteen väitöstyö, mikä keksittyi galliumantimonidi-nimisestä puolijohteesta (GaSb) tehtyjen johdepeilien kehittämiseen sekä laserien vahvistinpeileiksi että epälineaarisiksi peileiksi, joilla voidaan saada aikaan tarkasti kontrolloituja laserpulsseja. Työn osana kehitettiin hyvin korkeatehoisia ja laajasti säädeltäviä GaSb-kiekkolasereita, jotka ovat erityisen tärkeitä spektroskopisia sovelluksia ajatellen. Esimerkiksi kaasujen havaitseminen laserin avulla etäisyyden päästä perustuu spektroskopiaan, eli kohteesta takaisin heijastuvan valon allonpituuksien analysointiin.

Kiinnostaisiko Harry Potter -tyyppinen näkymättömyysviitta? Tai Star Trek -universumin "cloaking device", jolla saa katoamaan kokonaisen avaruusaluksen? Joulun suosituimmat lahjat -kuvastoista sellaisia ei valitettavasti löydy – vielä. Michael Selvanayagam ja George Eleftheriades Toronton yliopiston sähkö- ja tietotekniikan osastolta ovat kuitenkin päässeet askeleen lähemmäksi näkymättömäksi tekevää tekniikkaa.

Näemme ympäröivän maailman silmiimme saapuvan valon ansiosta. Eri kappaleet heijastavat ja sirottavat niihin osuvaa valoa, joka tekee ne näkyviksi. Jos heijastuneen ja sironneen valon saisi jollain keinolla ”eliminoitua”, kappaletta ei pystyisi näkemään: se olisi siis näkymätön.

Yksi keino on käyttää valon etenemiseen vaikuttavia metamateriaaleja, joiden avulla valonsäteet saa väistämään kappaleen kokonaan. Täsmälleen oikeanlaisten ominaisuuksien kehittäminen on kuitenkin hankalaa ja materiaalia vaaditaan epäkäytännöllisen paksu kerros.

Kanadalaistutkijat ovat lähestyneet ongelmaa toisella tavalla soveltamalla ”aktiivista verhoamista”. Siinä näkymättömäksi tehtävä kappale ympäröidään sähkömagneettisen säteilyn lähteillä. Niiden taajuutta voidaan säätää tarkasti siten, että se vastaa kappaleen sirottaman säteilyn taajuutta ja kumoaa sen.

Eleftheriades ja Selvanayagam onnistuivat kokeissaan ”kätkemään” 11 senttimetrin läpimittaisen ja neljän senttimetrin korkuisen alumiinisylinterin. He sijoittivat sylinterin ympärille antenneja, joiden lähettämä säteily vastasi tarkoin kappaleen pinnasta siroavaa säteilyä, kytkivät virran ja... sylinteri muuttui näkymättömäksi – tosin vain mikroaaltoalueella.

Sen lisäksi, että antennien lähettämän säteilyn avulla sylinteri pystyttiin tekemään näkymättömäksi, muuttamalla antennien taajuutta sen näennäistä kokoa ja myös sijaintia voitiin muuttaa. Seuraavaksi tutkijat tähtäävät järjestelmän automatisointiin siten, että se säätyy itsestään siroavan säteilyn taajuudelle. Heidän mukaansa on mahdollista, että ”näkymättömyysviitta” saadaan toimimaan myös näkyvän valon alueella.

Jatkossa yksi kuva voi siis valehdella vielä paljon enemmän kuin tuhat sanaa.

Tutkimus julkaistiin 12. marraskuuta Physical Review X -julkaisussa ja siitä kerrottiin ScienceNews-sivustolla 21. marraskuuta.

VTT tiedottaa tuoreimmassa uutislehdessään uudenlaisista laivan potkureista, joilla saadaan aikaan huomattavia säästöjä. Yhden rahtilaivan polttoainesäästöt voivat nousta yli puoleen miljoonaan euroon vuodessa. Koska suuri osa maailman kaupasta kulkee rahtilaivoilla ja valtaosa tavaroistamme tulee meriteitse, voi säästö näkyä meidän jokaisen kukkarossa!

Tutkimuksessa selvitettiin, millaisia hyötyjä saadaan yhdistämällä suomalaisen ABB:n kehittämä peräsinpodjärjestelmä ja espanjalaisen Sistemarin kärkilevypotkurit vastakkain pyöriviin CRP-potkureihin. Uusi potkurijärjestelmä osoittautui tutkimusprojektissa pienemmän polttoainekulutuksen ja päästöjen ansiosta lupaavaksi vaihtoehdoksi perinteisille potkureille. Niihin verrattuna uuden järjestelmän polttoaineenkulutus on noin 10% pienempi, ja jälkiasennettunakin laitteisto tuo 5 prosentin säästön. Rahana säästöt ovat siten yli puoli miljoonaa euroa vuodessa.

TRIPOD-projektin tavoitteena on ollut parantaa potkurin hyötysuhdetta yhdistämällä samaan järjestelmään kolmea jo yksittäin käytössä olevaa ratkaisua, joiden tiedetään olevan hyötysuhteeltaan korkeita. Tällaisia ovat mm. ruoripotkurijärjestelmä, kärkilevypotkuri sekä vastakkain pyörivät potkurit.

Sähköinen peräsinpodjärjestelmä mahdollistaa päämoottorin sijoittamisen vapaasti laivaan. Kehitetyssä potkurijärjestelmässä peräsinpod on sijoitettu pääpotkurin taakse. Lisäksi sähköisen peräsinpodin pyörimisnopeutta voi säätää. Tämä parantaa potkurin hyötysuhdetta ja pienentää potkurin aiheuttamaa melua ja värähtelyä.

Kärkilevypotkurin lavan kärkeä voidaan kuormittaa tavanomaista potkuria enemmän, mikä parantaa hyötysuhdetta tavanomaiseen potkuriin verrattuna.

Vastakkain pyörivissä potkureissa takimmainen potkuri hyödyntää etummaisen potkurin virtaukseen jättämää pyörimisenergiaa parantaen näin järjestelmän kokonaishyötysuhdetta.

Projektissa arvioitiin myös uuden potkurijärjestelmän toteuttamista taloudelliselta kannalta tarkasteltavana olleille referenssilaivoille. Jos järjestelmän investointikustannuksia saadaan laskettua, varustamot saattavat tulevaisuudessa olla kiinnostuneita valitsemaan tutkitun propulsiovaihtoehdon erityisesti uusiin suuriin konttilaivoihin.

Uuden potkurijärjestelmän suurin hankaluus on toistaiseksi niiden hinta. Investointi on toistaiseksi sen verran tyyris, että järjestelmän käyttöönotto edellyttää vielä kustannusten pudottamista.

Kolmivuotinen TRIPOD – “Triple Energy Saving by use of CRP, CLT and Podded Propulsion” -ohjelma toteutettiin EU:n seitsemännessä puiteohjelmassa. Siihen osallistuivat VTT ja ABB Suomesta, Sistemar, Cehipar ja Cintranaval-Defcar Espanjasta sekä A.P. Möller Maersk Tanskasta.

Teksti perustuu VTT:n tiedotteeseen.

Düsseldorfissa parhaillaan pidettävän, lääketieteen tekniikkaa esittelevän Medica-konfrenssin osanottajat näkivät eilen uusin silmin, kun Epson ja Evena Medical -yhtiö esittelivät datalasit, joiden avulla pystyy "näkemään" ihon alle. Tästä on erittäin suurta hyötyä muun muassa verikoetta otettaessa tai tiputusneulaa asennettaessa, koska lasien avulla neulan kohteena oleva verisuoni näkyy selvästi ja siihen on hyvä tähdätä.

Laitteisto perustuu aiemmin tänä vuonna markkinoille tulleisiin japanilaisen Epsonin Moverio -älylaseihin, joiden alkuperäinen sovellus on pelaaminen; lasien avulla pelaaja pystyy näkemään kolmiulotteisesti ja hyvin luonnollisen kaltaisesti.

Lääketieteellisessä sovelluksessa laseihin on yhdistetty kaksi lähi-infrapuna-alueella näkevää kameraa, jotka pystyvät havaitsemaan vähähappisen hemoglobiinin verisuonissa juuri ihon alapuolella. Siten suonet tulevat hyvin näkyviin. Kun kahden kameran kuva välitetään tietokoneen kautta datalaseihin, pystyy niiden käyttäjä näkemään paitsi lasien läpi normaalisti, niin myös lasien kuvaan lisäämän lähi-infrapunanäkymän. Käyttäjän silmissä siis verisuonet näyttävät vain ilmestyvän näkyviin. Systeemi toimii reaaliaikaisesti ja kolmiulotteisesti, joten laseja käyttämällä suonen kohdistaminen ihon alta käy nopeasti ja kätevästi.

Se, että tulivuorten ilmaan nostama vulkaaninen tuhka on hyvin vaarallista liikennelentokoneiden moottoreille on tiedetty pitkään. Niinpä kun keväällä 2010 Islannin Eyjafjallajökull -tulivuori päästi taivaalle suuren pilven ja pitkään jatkunut purkaus toi tuhkaa Euroopan taivaalle, oli ainoa varmasti tehokas tapa välttää onnettomuudet olla yksinkertaisesti lentämättä.

Jälkikäteen on helppo olla viisas ja todeta, että suuri osa varmuuden vuoksi tehdyistä lentorajoituksista oli ylimitoitettuja.

Seuraavalla kerralla kun vastaavaa tapahtuu, osataan kuitenkin paitsi asiaan suhtautua paremmin, niin nyt myös tuhkan leviämistä sekä pitoisuutta pystytään mallintamaan sekä ennustamaan paremmin. Lisäksi tällä eilen esitelty uusi tekniikka auttaa havaitsemaan ilmassa olevan tuhkan tehokkaasti.

Kyseessä on AVOID-anturikonsepti (Airborne Volcanic Object Imaging Detector) Norjan ilmatutkimusinstituutin tohtorin Fred Pratan kehittämä infrapunatutkatekniikkaan perustuva laite, joka pystyy havaitsemaan tuhkapilven jopa 100 km koneen edessä. Laitteistoa on kehitetty yhdessä Airbusin, easyJetin ja Pratan perustaman Nicarnica Aviation -yhtiön kanssa ja tavoitteena on tehdä säätutkan tapaan lentokoneeseen asennettava instrumentti, joka mahdollistaa turvallisen lentämisen myös tilanteissa, joissa ilmassa on tuhkaa.

Laitteisto muodostaa kuvia tilanteesta lentäjille ja lentoyhtiön toimintokeskukseen. Maan pinnalla lentokoneista saatavasta tiedosta voidaan muodostaa tarkka käsitys tuhkapilvestä, jolloin ilmatilaa ei tarvitse sulkea turhaan tuhkattomilta alueilta.

Kun kyse on sotilastekniikasta, ei raha ole ongelma: siviilihankkeena hypersoonisen lentokoneen tekeminen olisi käytännössä mahdottomuus, mutta Yhdysvaltain puolustusministeriön tilauksesta Lockheed-Martin -yhtiö on tehnyt suunnitelman sellaisesta.

Yhtiöllä on kokemusta vastaavanlaisen lentokoneen tekemisestä, sillä kylmän sodan huimin vakoilukone SR-71 Blackbird oli Lockheedin tuotantoa. Mustanpuhuva, hyvin virtaviivainen lentolaite pystyi lentämään Atlantin yli vajaassa kahdessa tunnissa ja sen yli kolminkertainen äänennopeus on edelleen ennätys, kun kyse on matkalentonopeudesta.

Blackbirdin hengessä uusi, nyt marraskuun alussa julkistettu konesuunnitelma on saanut koodinimen SR-72 ja se pystyy lentämään kaksi kertaa edeltäjäänsä nopeammin. Se pystyy siis lentämään tunnissa Yhdysvalloista Eurooppaan ja se voidaan lähettää hetkessä ottamaan kuvia mistä päin tahansa maapallolla.

Satelliittien aikakaudella on vakoilukoneille edelleen oma paikkansa, sillä vakoilusatelliitin sompaaminen sopivalle radalle kuvan ottamista varten vie mahdollisesti päiviä ja matalammalta saa joka tapauksessa tarkempia kuvia. Satelliittien kuvaustekniikkaa käyttämällä SR-72 pystyy uskomattoman tarkkaan ja joustavaan tiedusteluun. Ja koska kameroiden sijaan se pystyy kuljettamaan myös aseita, on lentolaite myös hyvin vaarallinen; nopeutensa ansiosta se pystyy saapumaan kaukaakin paikalle pian, eivätkä tutkat pysy välttämättä se perässä. Kone on muodoltaan sellainen, että tutka ei näe sitä helposti, mutta nopeus tekee siitä vielä vaikeamman havaita.

Lockheed-Martin toteaakin kylmästi mainostekstissään, että "vastustajalla ei ole yksinkertaisesti aikaa suojautua tai piiloutua", kun SR7-72 tulee paikalle.

Teknisesti SR-72:n suurin ongelma on siviilipuolenkin hyvin suurella nopeudella lentävien liikennelentokonehankkeiden tapaan moottorit. Moottorien tulee toimia matalista lentonopeuksista yliääninopeuteen ja edelleen hypersoonisiin nopeuksiin saakka, mikä ei ole helppoa, koska aerodynamiikan lait ovat niin erilaisia eri nopeusalueilla.

Lockheed-Martinin salainen suunnittelutoimisto Skunk Works on kehitellyt yhdessä rakettimoottorivalmistaja Aerojet Rocketdynen kanssa tapaa, millä perinteinen hävittäjäkoneen suihkumoottori voitaisiin yhdistää patoputkimoottoriin; patoputkimoottorissa suuren nopeuden ansiosta moottoriin pakkautuu ilman ahtimiakin aivan tarpeeksi (jopa liikaa) ilmaa, jolloin se pystyy toimimaan sellaisenaan suihkumoottorina, kun ilmansyöttötiehyeet, polttokammio ja suutin sen jälkeen on muotoiltu sopivasti. Kiihdytykseen ja hitaammin lentämiseen kuitenkin tarvitaan edelleen suihkumoottoria. Tavoitteena on yhdistää ne samaan pakettiin tai ainakin tehdä niille esimerkiksi yhteiset ilmanotto- ja pakoaukot.

Kun tässä onnistutaan, tulee tekniikka varmasti myös siviilipuolen lentokoneiden käyttöön, mutta sitä saadaan vielä odottaa: SR-72 on tällä haavaa vielä hanke, mistä kyllä voidaan jo tehdä komeita kuvia ja kirjoittaa ylisanoja, mutta nykysuunnitelman mukaan se lentää vasta vuonna 2030. F-22 -hävittäjäkoneen kokoinen koekone voisi lentää jo vuonna 2023 ja se – kuten lopullinen lentokonekin – olisi automaattinen, mutta tarvittaessa ihminenkin voisi istua ohjaimiin.

Tietokoneidemme aivoina toimivien mikroprosessorien kaksi suurinta nimeä, Inter ja ARM, ovat olleet jo vuosia toistensa pahimmat kilpailijat, mutta nyt Forbes-lehden mukaan ne ovat aloittamassa yhteistyötä. Välissä on Altera-niminen yhtiö, joka on Intelin läheinen kumppani, mutta joka alkaa pian valmistaa ARM:n 64-bittistä suoritinta.

ARM ei ole itse valmistanut suorittimiaan sitten 1980-luvun, vaan se suunnittelee virtapihejä prosessorejaan ja myy lisenssejä esimerkiksi Applelle, Nvidialle, Qualcommille, Samsungille ja Texas Instrumentsille, jotka sitten valmistavat prosessorit itse tai valmistuttavat ne alihankintana.

Vuonna 2010 ARM-arkkitehtuuria käyttäviä suorittimia valmistettiin 6,1 miljardia kappaletta ja noin 95% älypuhelimista ja tableteista käyttää niitä. Intel puolestaan ei ole onnistunut tekemään mobiililaitteisiin hyviä prosessoreja, vaikka onkin pätevä pöytäkoneiden suorittimien valmistaja.

Intel puolestaan on kehittänyt valmistustekniikkaansa ja se aloittaa ensi vuoden alussa 14 nanometrin tekniikalla valmistettavien Broadwell-suorittimien massatuotannon. Samalla kilpailijat ovat pääsemässä "vasta" alkuun 20 nanometrin suorittimien tuotannossa. Voisi siis sanoa, että siinä missä ARM hallitsee prosessorien suunnittelun, on Inter hionut niiden valmistamisen huippuunsa.

Ensimmäinen yhtiöiden yhteistuotanto on neljästä Cortex-A53-ytimestä koostuva Stratix 10 -siru, joita Intelin valmistuskumppani Altera alkaa tehdä ensi vuonna. Onkin mahdollista, että Intel alkaa toimia laajemminkin prosessorien pelkkänä valmistajana, mikä olisi paha isku esimerkiksi taiwanilaiselle TSMC-sopimusvalmistajalle. Esimerkiksi Apple on suunnitellut siirtävänsä iPhoneja ja iPadeja pyörittävien ARM-arkkitehtuuriin perustuvien A-sarjan prosessoreidensa tuotantoa TSMC:lle pois pahimmalta kilpailijaltaan Samsungilta, mutta sekin saattaa olla hyvin kiinnostunut yhteistyöstä Intelin kanssa – etenkin kun Applen tietokoneet käyttävät jo Intelin suorittimia.

On mahdollista, että A-suorittimien tehon kasvaessa Apple alkaisi pian käyttää niitä myös kevyimpien kannettavien tietokoneidensa suorittimina. Näin pitkään jatkunut pöytäkoneiden katoaminen ja kannettavien tietokoneiden lisääntyminen jatkuu siten, että kannettavien ja tablettien raja tulee hämärtymään samaan tapaan kuin tablettien ja älypuhemilien raja on jo nyt hyvin häilyvä.

Yleisen harhaluulon mukaan aurinkopaneeli ei tuota sähköä pilvisenä päivänä. Todellisuudessa paneelit kehräävät virtaa myös pimeinä päivinä, vaikkakin luonnollisesti sitä vähemmän, mitä vähemmän on valoa. Suorassa auringonpaisteessa teho on paljon suurempi kuin harmaana marraskuun sadepäivänä, jolloin sähköä ei tule kuin nimeksi.

Yksi tapa parantaa aurinkopaneelin tuottamaa hyötysuhdetta on tehdä parempia aurinkopaneeleita, mutta myös koko systeemiä optimoimalla saadaan aikaan olennaista parannusta. Tampereen teknillisen yliopiston diplomi-insinööri Anssi Mäki on tutkinut väitöskirjassaan ns. osittaisvarjostusten vaikutusta aurinkosähkögeneraattorien toimintaan ja työn tuloksena hän on kehittänyt menetelmän, jolla pilvisuuden tai varjostuksen johdosta syntyvä tehohävikki on aiempaa pienempi.

Pelkkä aurinkopaneeli sinällään ei sovellu normaaliin sähköntuotantoon, vaan se vaatii tuekseen koko joukon elektroniikkaa. Siksi koko sähköä tutottavaa kokonaisuutta kutsutaan aurinkosähkögeneraattoriksi, missä aurinkopaneelit ovat vain yksi, tosin tärkeä osa.

Jokaiselle aurinkopaneelille voidaan määrittää niin sanottu ominaiskäyrä, joka kertoo millä virran ja jännitteen arvoilla paneeli voi toimia. Oikosulkuvirta on paneelin tuottama enimmäisvirta, kun paneelin navat on kytketty oikosulkuun. Tyhjäkäyntijännite on paneelin suurin jännite, joka saadaan silloin, kun paneeliin ei ole kytketty kuormaa.

Maksimitehopiste, eli toimintapiste, on paneelin sellainen virran ja jännitteen arvo, joilla saavutetaan suurin ulostuloteho kulloisissakin käyttöolosuhteissa. Näitä pisteitä voi olla useita, tosin käytännössä niitä on vaikea saavuttaa, koska valaistusolosuhteet vaihtelevat. Lisäksi kirkkaalla auringonpaisteella paneelin lämpötila nousee, jolloin erinomaisesta valaistusolosuhteista huolimatta paneelin tuottama teho on pienempi. Elektroniikka ohjaa paneelin toimintaa näiden arvojen mukaisesti ja pyrkii koko ajan optimoimaan tuotetun sähkötehon.

Kun esimerkiksi rakennus tai pilvi varjostaa osaa aurinkosähkögeneraattorin aurinkopaneeleista, eivät paneelit toimi optimaalisesti. Tämä aiheuttaa järjestelmään häviöitä, eikä kaikkea mahdollista sähköenergiaa saada tuotettua. Osittaisesta varjostuksesta aiheutuu tyypillisesti myös tilanne, jossa generaattorien tehokäyrällä on useita paikallisia maksimipisteitä.

"Vaikka tällaiset osittaisvarjostukset tyypillisesti aiheuttavat useita paikallisia tehomaksimeja, aina näin ei kuitenkaan ole, toteaa Anssi Mäki. "Silloin kun maksimeja on useita, generaattori ei yleensä ole suurimman tehon toimintapisteessä eli tehokäyrän globaalissa maksimissa. Tällöin osa saatavilla olevasta sähköenergiasta menetetään".

Mäki esitteleekin väitöskirjassaan menetelmän, jonka avulla osittaisvarjostustilanne voidaan tunnistaa. Toimintapiste voidaan siirtää globaaliin maksimiin, mikäli generaattori ei siinä jo ennestään toimi. Menetelmän avulla generaattorin tehokäyrää ei tarvitse käydä kokonaan läpi, kuten monissa aikaisemmissa menetelmissä tehdään. Tällöin generaattori toimii aiempaa tehokkaammin ja siitä saadaan enemmän tehoa hankalissa valaistusolosuhteissa.

Menetelmästä on patenttihakemukset vireillä Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Kiinassa.

Mäki esittelee väitöskirjassaan myös osittaisvarjostusten vaikutuksia sekä sähköiseltä että fyysiseltä rakenteeltaan erilaisissa aurinkosähkögeneraattoreissa. Tulokset osoittavat, että aurinkopaneelien sarjaankytkentöjen tulisi olla sekä fyysisesti että sähköisesti mahdollisimman lyhyitä, jotta tehohäviöt voitaisiin minimoida.

"On tärkeää huomata, että aurinkosähköjärjestelmän tehokkuutta ja kokonaishyötysuhdetta tulee parantaa muutenkin kuin vain aurinkokennojen hyötysuhdetta nostamalla", jatkaa Mäki. "Väärillä ratkaisuilla järjestelmän osien suunnittelussa saatetaan helposti menettää suurin panoksin saavutettu kennojen hyötysuhteen nousu."

Suomessa aurinkosähköllä voisi olla paljon nykyistä suurempi osuus, sillä kun valaistuksen määrää lasketaan vuositasolla, on Suomessa auringonvaloa tarjolla hyvin paljon kesän valoisten öiden ansiosta. Nykytekniikalla aurinkopaneelit tuottavat sähkö jopa juhannusyön olosuhteissa, tosin varsin vähän. Etenkin kesämökkien energiantarpeesta valtaosa voitaisiin hoitaa sähkö- ja tuuligeneraattorein.

Anssi Mäen sähkötekniikan alaan kuuluva väitöskirja Effects of Partial Shading Conditions on Maximum Power Points and Mismatch Losses in Silicon-Based Photovoltaic Power Generators ("Osittaisvarjostusten vaikutukset piihin perustuvien aurinkosähkögeneraattorien maksimitehopisteisiin ja yhteensopimattomuushäviöihin") tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnassa perjantaina 1.11.2013 kello 12 alkaen Sähkötalon salissa S2. Mäen tutkimuksesta kerrottiin TTY:n tiedotteessa 28.10.