Aurinkokennoissa, viihde-elektroniikassa ja monissa muissa valoa hyödyntävissä sovelluksissa tarvitaan erilaisia ohutkalvoja optisissa pinnoissa. Kyseessä ovat erilaiset modernin fotoniikan sovellukset, joita voidaan tehdä nyt lähes räätälintyönä nanomittakaavassa. 

Näiden ohuiden ja järjestäytyneiden rakenteiden suunnittelu täytyy aloittaa atomi- ja molekyylitasolta, ja Tampereen teknillisessä yliopistossa ensi perjantaina väittelevän diplomi-insinööri Essi Sariola-Leikkaan väitöstyössä on keksitty uusi tapa tehdä näin uudenlaisilla itsekiinnittyvillä kemiallisilla rakennuspalikoilla.

"Itsekiinnittyvät molekyylit mahdollistavat jopa monikerroksisten ohutkalvojen valmistuksen yksinkertaisella tavalla", selittää Essi Sariola-Leikas, joka toimii tutkijana TTY:n kemian ja biotekniikan laitoksella supramolekulaarisen valokemian tutkimusryhmässä.

Väitöstyössään Sariola-Leikas valmisti useita valoaktiivisia orgaanisia väriaineita, muun muassa klorofyllin eli lehtivihreän johdannaisia. Näihin molekyyleihin liitettiin erilaisia niin sanottuja ankkuriryhmiä. Ankkurit kiinnittivät molekyylit kiinteille pinnoille tasaiseksi kaksiulotteiseksi kerrokseksi.

"Kukin pintamateriaali vaatii oman ankkuriryhmänsä", jatkaa Sariola-Leikas.

"Kiinnittyminen pintaan tapahtuu kuin itsestään, spontaanisti. Molekyyleille on vain annettava suotuisat olosuhteet toteuttaa tämä prosessi itse."

Tutkimuksessa molekyylit kiinnittyivät pinnalle kontrolloidusti. Yksinkertaisella tekniikalla onnistuttiin valmistamaan jopa kymmenen molekyylikerroksen paksuisia, stabiileja ja hyvin voimakasvärisiä rakenteita.

Ja mikä mielenkiintoisinta, rakentuivat nämä kerrokset kuin legopalikoiden muodostamat tornit, kerros kerrokselta.

Menetelmässä hyödynnettiin kemiallista metalli-ligandi-vuorovaikutusta.

Kyse on supramolekulaarisen kemian perustutkimuksesta, jolla ei ole suoraa, välitöntä sovelluskohdetta, mutta paljon mahdollisuuksia erilaisten – mahdollisesti jopa mullistavien – valoaktiivisten rakenteiden hyödyntämisessä.

Esimerkiksi valolla toimivat, kehitteillä olevat optiset tietokoneet tarvitsevat hyvin paljon uudenlaista fotoniikkaa, kuten myös uudenlaiset aurinkopaneelit. Samoin tiedonvälityksessä valoa käyttävät laitteet ovat riippuvaisia fotoniikasta sekä optisten osien pinnoitteista.

Essi Sariola-Leikkaan väitöskirjaa voi lukea osoitteessa http://URN.fi/URN:ISBN:978-952-15-3623-6.

Tämä teksti perustuu TTY:n lähettämään tiedotteeseen.

Suurin ongelma elektroniikan ja biologisten systeemien liittämisessä yhteen on se, että sähköjohdinta ja solua on vaikea yhdistää sähköisesti toisiinsa.

Sähköjohtoa ei voi kiinnittää hermosoluihin yhtä helposti kuin toisiin sähköjohtoihin, mutta menetelmät, joilla elektrodit voitaisiin yhdistää kätevästi ja luotettavasti toimiviin soluihin olisivat avain aivan uudenlaisiin bionisiin laitteisiin – kenties myös siihen, miten aivot ja tietokone saataisiin kiinni toisiinsa.

Vielä ei olla näin pitkällä, vaan ympäri maailmaa koetetaan ratkaista ongelmaa perustasolla. Yksi näistä tutkimuspaikoista on Tampere. Siellä muun muassa diplomi-insinööri Jani Pelto on tutkinut eilen tarkastetussa väitöstyössään solujen sähköä johtavaa pintaa.

Tarkalleen ottaen tutkimus koskee laajemmin johdepolymeerejä, jotka kaiken muun kivan ohella myös mahdollistavat biologisen ja elektronisen maailman sähköisen kytkennän.

Tutkimuksesta kertoo Tampereen teknillinen yliopisto tiedotteessaan.

Sähköllä piristettyjä kantasoluja

Kantasoluja, joilla on kyky kehittyä hyvin erilaisiksi soluiksi, voidaan ohjata sähkövirran avulla erilaistumaan ja lisääntymään esimerkiksi luukudokseksi tai sydänlihassoluiksi. Otsikkokuvassa on petrilaseja, joissa kasvatetaan kantasoluja.

Siinä missä usein kantasoluja kehitetään halutunlaisiksi pitkällä ja hankalalla prosessilla (kuten otsikkokuvassa), voidaan nyt siis sähköllä stimuloimalla ohjata niitä erikoistumaan tietyllä tavalla. Tämä tehostaa solutuotantoa kantasolulaboratoriossa ja alentaa sen kustannuksia. 

”Tehostetun soluviljelyvaiheen uskotaan lähitulevaisuudessa tuovan monia kudosteknologisia tuotteita lähemmäksi kliinisiä sovelluksia”, kertoo Pelto. 

”Tällaisia ovat esimerkiksi potilaan omista soluista ja biomateriaaleista laboratoriossa tuotetut kudokset ja kudosrakenteet, kuten luu, nivelrusto, jänteet, tai tulevaisuudessa jopa kokonaiset toiminnalliset elimet.”

Tehostetussa soluviljelyssä stimuloidaan esimerkiksi elimistöön liukeneviin kuituverkkoihin istutettuja kantasoluja sähkövirralla. Näitä kuituverkkoja käytetään esimerkiksi siihen, että laboratoriossa voidaan tuottaa ihmisen kudoksia muistuttavia varaosia, joista verkon tukirakenteen avulla muodostuu ihmisen elimistössä toiminnallista uutta kudosta. 

Huimassa tulevaisuudenkuvassa ihmiselle voidaan kasvattaa tukiverkon ja kantasolujen avulla esimerkiksi uusi maksa, joka ei hylji elimistöä siirtoelinten tapaan.

Suomessa metsät ovat merkittävä luonnonvara, ja ne kasvavat yli 100 miljoonaa kuutiota vuodessa. Jos me tiedämme tarkasti millaista puuta metsissämme kasvaa, voimme tehostaa metsänhoitoa ja tehdä tarkempaan tietoon perustuvia päätöksiä puuvarojen käytöstä.

TTY:n matematiikan laitoksella on kehitetty uusi metsien 3D-mallinnusmenetelmä. Sen avulla pystytään nopeasti tuottamaan valtava määrä yksityiskohtaista, metsänomistajille ja metsäteollisuudelle rahan arvoista tietoa metsän jokaisesta yksittäisestä puusta. 

Tarkka, kolmiulotteinen malli jokaisesta puusta

Puiden mallinnuksessa käytetään hyväksi laserskannauksella kerättyä dataa. Metsässä tuhannet puut laserkeilataan kymmenistä eri paikoista kameran kaltaisella laitteella, jonka pyörivä peili heijastaa lasersäteitä. Jokaisesta puusta kertyy miljoonia pikseleitä mittauspistedataa, joista muodostuva pistepilvi käsitellään digitaalisesti. Ensimmäistä kertaa pistepilvestä voidaan nyt tehdä kolmiulotteinen rakennemalli jokaiselle puulle. Se kertoo tarkasti millaista puumateriaalia metsässä on, ja mihin tarkoitukseen sitä voi käyttää.

"Kyseessä on ensimmäinen operatiivisesti tehokas, teollisessa mittakaavassa toimiva 3D-mallinnus", kertoo professori Mikko Kaasalainen matematiikan laitoksen inversio-ongelmien tutkimusryhmästä. 

"Kukaan muu maailmassa ei pysty tekemään mallinnusta kokonaisesta metsästä tässä mittakaavassa. Parista hehtaarista metsää voidaan tuottaa mallinnus saman päivän aikana."

"Datan analyysi ja siitä saatu informaatio on tässä menetelmässä viety aivan uudelle tasolle. Metsän omistajat, viranomaiset ja kansalaisjärjestöt voivat jatkossa hyödyntää puiden mittaustuloksia myös hiilijalanjäljen laskemisessa."

"Tämä on ainoa tapa, jolla hiilijalanjälki voidaan laskea tarkasti", Kaasalainen sanoo.

Uusi 3D-mallinnusmenetelmä on herättänyt paljon kiinnostusta suomalaisten metsäalan toimijoiden ja yritysten keskuudessa.

Kaasalaisen tutkimusryhmä on kehittämässä myös 4D-mallia, jonka avulla voi ennustaa miten metsä kasvaa. Sen avulla voisi katsoa mitä tapahtuu, jos metsästä hakattaisiin pois tietty määrä puita.

Big dataa kerätään metsistä

TTY on mukana kehittämässä kansallista metsäalan infrastruktuuria Forest Big Data -hankkeessa. Siinä tehostetaan menetelmiä, joilla hankitaan ja käsitellään tietoa Suomen metsien puustosta ja niiden kasvuolosuhteista.

Professori Risto Ritala TTY:n systeemitekniikan laitokselta on mukana Forest Big Data -hankkeessa. Siinä kehitetään menetelmiä, joilla saadaan tarkempaa tietoa Suomen metsien puista ja niiden kasvuolosuhteista. 

"Hankkeessa luodaan perustaa uudelle ja kattavalle metsävarojen tietojärjestelmälle, jolla saataisiin entistä tarkempaa ja ajantasaisempaa tietoa metsäomaisuuden hallintaa, puukauppaa, puun korjausta ja kuljetusta, metsänhoitotyötä ja metsäntutkimusta varten", toteaa Ritala.

"Tietoa Suomen metsistä kerätään jo nyt sekä satelliittikuvauksella että lentokoneilla, jotka mittaavat puustoa skannaamalla sitä laserkeilauksella ilmasta käsin. Metsävaratietoa voisi myös kerätä älykkäillä metsätyökoneilla istutetun metsän ensiharvennuksen yhteydessä. Näin saataisiin tietoa puustosta 16 x 16 metrin kokoisen ruudukon tarkkuudella."

TTY:n tehtävänä Forest Big Data -hankkeessa on kehittää menetelmiä, joilla yhdistetään ja ajantasaistetaan metsien laserkuvausdataa, metsäkoneiden tuottamaa dataa sekä Metsäntutkimuslaitoksen laajoissa alueellisissa tietokannoissa olevaa dataa.

Tämä TTY:n tiedotuksessa Leena Koskenlaakson kirjoitama juttu on julkaistu TTY:n Rajapinta-lehdessä 1/2015.

Suomessa, etenkin Tampereella, on kehitetty jo pitkään kangasantenneja, jotka voidaan asentaa vaikkapa vaatteisiin. Ne voidaan pestä, niitä voidaan tavutella ja ne toimivat silti kuin oikeat, kiinteät antennit. 

Perinteisesti sovelluskohteina ovat olleet esimerkiksi pelastuspuvut, mutta älykkään tekstiiliantennin käyttökohteita on laajennettu sittemmin kattamaan kaikenlaisia älyvaatteita mm. viihde- ja urheilukäytössä sekä lääketieteessä. Puettavan elektroniikan ottaessa nyt pitkiä loikkia eteenäin voivat myös "tavalliset" ihmiset päästä käyttämään lähitulevaisuudessa tätä teknologiaa. Materiaalien kehittyminen ja elektroniikan halpeneminen kiihdyttää osaltaan tätä kehitystä. 

Nyt kyse on siitä, että sähköä johtavista kankaista ja langoista tehdään antennien sijaan ja lisäksi älyvaatteita, jotka keskustelevat käyttäjänsä kanssa, keräävät tietoa ympäristöstä ja ryhtyvät tarvittaessa toimenpiteisiin.

Microsoftin Tampere HW Antenna & EMC -yksikössä tutkijana työskentelevän diplomi-insinööri Karoliina Kosken ensi perjantaina Tampereen teknlillisessä yliopistossa tarkastettava väitöstyö tarjoaa mallinnustyökaluja puettavien langattomien antennien radiotaajuussuorituskyvyn laskentaan. 

"Keveytensä ja taipuisuutensa ansiosta puettava elektroniikka on varsin huomaamatonta ja soveltuu siten mainiosti ihmisten arkikäyttöön", kertoo Koski. "Tämä voisi johtaa tulevaisuudessa esimerkiksi tehokkaampaan ja räätälöityyn terveydenhuoltoon".

Vaatteisiin integroidut sensorit kykenevät mittaamaan ja tulkitsemaan ihmisen fysiologisia ja biologisia signaaleja, kuten sydänsähkökäyrää. Älyvaate voi olla yhteydessä tietoverkkoon erilaisten puettavien antennien avulla, jotka vastaavat siitä, että tieto biosignaalista välittyy luotettavasti ja tehokkaasti tarkoitettuun kohteeseen. 

Tällaisille löytyisi runsaasti sovelluskohteita esimerkiksi sairaaloista.

Puettavien sähköä johtavien tekstiilien radiotaajuusominaisuuksista on kuitenkin vielä rajallisesti tietoa. Koski tutki väitöstyössään ommeltujen langattomien antennien radiotaajuuskarakterisointiin soveltuvia mallinnusmenetelmiä sekä radiotaajuussuunnittelua. Hänen väitöstyönsä tulokset tarjoavat suunnittelutehtävissä toimiville insinööreille uudenlaisia ja entistä tehokkaampia mallinnustyökaluja puettavien langattomien antennien radiotaajuussuorituskyvyn laskentaan. Väitöstyö tarkastelee mallien vahvuuksia ja heikkouksia simulaatioiden ja mittausten avulla. 

Kosken mukaan luotettavilla mallinnustyökaluilla voidaan ennustaa puettavien antennien suorituskykyä ja toteuttamiskelpoisuutta erilaisissa sovelluksissa. 

"Antennien suunnitteluvaiheessa tulee huomioida puettavien tekstiilien lisäksi myös ihmiskehon vaikutus antennin radiotaajuustoimintaan, jotta voidaan saavuttaa riittävä suorituskyky."

Näin matematiikan avulla voidaan paitsi mallintaa sitä, miten ihmiskeho vaikuttaa radiotaajuuksiin, niin myös hahmottaa sellaista, mitä on varsin hankalaa ja aikaaviepää mitata luonnossa.

-

Diplomi-insinööri Karoliina Koski elektroniikan alaan kuuluva väitöskirja "Characterization and Design Methodologies for Wearable Passive UHF RFID Tag Antennas for Wireless Body-Centric Systems" tarkastetaan TTY:n tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnassa perjantaina 23.1.2015.

Otsikkokuvassa on pelastuskäyttöön suunniteltu kangasantenni, joka edustaa jo noin viisi vuotta vanhaa tekniikkaa.

Juttu perustuu TTY:n lähettämään tiedotteeseen Mallinnustyökaluja puettavan antennin suorituskyvyn ennustamiseen.

Kasvit keräävät valon säteilyenergiaa ja muuttavat sen kemialliseksi energiaksi lehtivihreän avulla. Tämän monivaiheisen prosessin yksityiskohtainen tunteminen on tärkeää valoaktiivisten molekulaaristen sovellusten, kuten esimerkiksi orgaanisten aurinkokennojen, kehityksessä. Keinotekoinen fotosynteesi pyrkii matkimaan tätä ilmiötä synteettisten luovuttaja-vastaanottaja molekyylirakenteiden avulla.

Väitöskirjassaan Kati Stranius perehtyi luonnon fotosynteesin ja keinotekoisen fotosynteesin mekanismeihin. Hän tutki valoaktiivisiin supramolekulaarisiin sovelluksiin, esimerkiksi orgaanisiin aurinkokennoihin tarkoitettujen itsejärjestäytyvien luovuttaja-vastaanottaja -rakenteiden valokemiaa. Valokemia tutkii valosäteilyn aikaansaamia kemiallisia reaktioita, kuten energian ja elektronien siirtoreaktioita molekyylirakenteissa.

Koska vietämme suurimman osan ajastamme sisätiloissa, on suurin huomio viime aikoina kohdistunut sisäilman laatuun – etenkin kun siinä on ollut (ja on edelleen usein) toivomisen varaa.

"Kaikki rakennus- ja sisustusmateriaalit päästävät sisäilmaan erilaisia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä", kertoo Vinha TTY:n Rajapinta -lehdessä.

"Niiden määrä kuitenkin yleensä vähenee ajan myötä. Rakennusmateriaalit on luokiteltu eri luokkiin niiden päästöjen mukaan, ja paras luokka on M1".

Sisäilmaongelmia voivat aiheuttaa myös esimerkiksi ulkoa kulkeutuva katupöly, pakokaasut ja noki sekä kotieläimistä irtoava eläinpöly. Jokainen uloshengitys tuottaa sisäilmaan hiilidioksidia, ja kun sen pitoisuus nousee liian suureksi, ilma tuntuu loppuvan. Tupakansavu sisältää toistasataa ihmiselle haitalliseksi tiedettyä yhdistettä.

"Sisäilmaan kulkeutuu ulkoa siitepölyä ja kasvien itiöitä, joiden vaikutuksien kanssa me normaalisti pystymme pärjäämään", professori Vinha (kuva alla) toteaa. "Joukossa on myös homesienten itiöitä, mutta niiden pitoisuudet alkavat nousta oleellisesti vasta silloin, jos rakennuksessa ilmenee kosteusvaurio".

Kultananohiukkaset ovat muutaman nanometrin kokoisia kulta-atomeista ja niihin kiinnittyneistä päällysteistä koostuvia rakenteita. Ne ovat eräs kuumimmista tutkimusaiheista nanoteknologiassa juuri nyt, ja niiden omituiseen olemukseen on perehtynyt myös tutkinut Tampereen teknillisen yliopiston <strong>Elena Heikkilä</strong>, jonka väitöstutkimus antaa uutta tietoa kultananohiukkasista sekä niiden vuorovaikutuksesta solujen kanssa. Heikkilä työskentelee tutkijana TTY:n fysiikan laitoksella materiaali- ja molekyylimallinnuksen tutkimusryhmässä.

Tavallisessa muodossan kulta ei ole erityisen aktiivinen aine, mutta sen ominaisuudet muuttuvat nanokoossa. Nanokullan kemialliset, katalyyttiset ja absorptio-ominaisuudet ovat ainutlaatuisia verrattuna moniin muihin alkuaineisiin. Tästä johtuen nanokultaa voidaan käyttää muun muassa lääkkeissä ja syöpähoidossa sekä lääketieteelliseen kuvantamiseen. 

"Kultananohiukkaset esimerkiksi absorboivat voimakkaasti säteilyä infrapuna-alueella",  kertoo Elena Heikkilä. "Jos ne kiinnitetään syöpäsoluihin, niitä voidaan kuumentaa laserilla, jolloin syöpäsolut tuhoutuvat."

Heikkilä on mallintanut väitöstyössään kultananohiukkasia molekyylidynamiikan simulaatioilla. 

"Mahdollisten terveyshaittojen vuoksi nanohiukkasten solutason vaikutusten kartoittaminen on tärkeää. Kun ymmärrys siitä kasvaa, voidaan nanomateriaaleja käyttää turvallisesti esimerkiksi lääketieteellisten innovaatioden kehittämisessä."

Erilaisia nanomateriaaleja käytetään jo yleisesti monenlaisissa arkipäiväisissä sovelluksissa, kuten elintarvikepakkauksissa, kosmetiikassa, maaleissa ja puhdistusaineissa. Siksi myös nanomateriaalien turvallisuus puhuttaa, sillä niiden haittoja ei tunneta vielä hyvin. Nanohiukkaset pääsevät tunkeutumaan pienen kokonsa ansiosta ihmisen elimistöön ihon, keuhkojen ja ruuansulatuselimistön kautta. Elimistöön päästessään ne kulkeutuvat kaikkialle kudoksiin ja sisäelimiin. On osoittautunut, että ainakin osa nanohiukkaista voi olla hyvinkin haitallisia. Viimeaikaisissa tutkimuksissa on havaittu, että nanohiukkaset voivat aiheuttaa muun muassa solukuolemia, ja ne on yhdistetty moniin sairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin.

Väitöskirjassaan Heikkilä esittää tulostensa perusteella mahdollisen mekanismin nanohiukkasten kulkeutumiselle soluihin ja selittää tekijöitä, jotka ovat solukalvojen toiminnan häiriintymisen taustalla. Tutkimuksesta käy muun muassa ilmi, että positiivisesti varatut nanohiukkaset ovat potentiaalisesti haitallisempia kuin negatiivisesti varatut, ja että sähköstaattiset voimat ovat tärkeässä osassa siinä, miten nanohiukkaset käyttäytyvät biologisessa ympäristössä. 

Artikkeli on käytännössä suoraan Tampereen teknillisen yliopiston 2.9. julkaistu tiedote.

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."

Tampereen teknillisen yliopiston ja Tampereen yliopiston tutkijat kehittävät teknologiaa, jolla voidaan helpottaa muun muassa pysyvästä toispuoleisesta kasvohalvauksesta johtuvia hankaluuksia. Parhaimmillaan tutkimuksessa syntyy kasvoproteesi kasvohalvauksesta kärsiville.

Tutkijat etsivät apukeinoja kasvojen toiminnallisuuteen (syöminen, puhuminen), sosiaaliseen vuorovaikutukseen ja kasvojen ilmeiden tuottamiseen (hymyily) liittyviin ongelmiin.

Kasvohalvaus, eli Bellin halvaus on äkisti puhkeava kasvohermon toimintahäiriö, johon sairastuu arviolta jopa yksi 65:sta ihmisestä elinaikanaan. Suurin osa halvauksen saaneista toipuu ennalleen viikkojen kuluessa, mutta joillain toipumisprosessi saattaa olla huomattavasti hitaampi. Osalla toipuneista sairastettu Bellin halvaus aiheuttaa kroonisia komplikaatioita, kuten kasvojen epämuodostuman tai makuaistin menetyksen, ja osa saattaa sairastua toiseen, vakavampaan kasvohermohalvaukseen, Ramsay-Hunt -oireyhtymään. Jos halvaus on täydellinen ja potilas on kykenemätön sulkemaan silmäänsä tai liikuttamaan suutaan sairaalla puolella, voidaan toiminnallisuutta saada aikaan jossain määrin lääkinnällä.

Äärimmäisissä tapauksissa vaihtoehtona on esimerkiksi nyt kehitettävä proteesi.

Hankkeen toteuttaa kolmen eri tutkimusryhmän muodostama monitieteinen tutkimuskonsortio jossa on edustettuna asiantuntijoita ihminen-teknologia vuorovaikutustutkimuksesta, psykologiasta, kasvojen toiminnan psykologiasta ja fysiologiasta, insinööritieteistä, lääketieteestä ja kasvohalvauksen kliinisestä hoidosta. Hankkeessa tavoitellaan myös kansainvälistä yhteistyötä Kiinaan ja Yhdysvaltoihin.  

Professori Jukka Lekkala Tampereen teknillisen yliopiston systeemitekniikan laitokselta vastaa tutkimushankkeen teknologiakehityksestä ja siihen liittyvien prototyyppitestien suorittamisesta. Professori Veikko Surakka Tampereen yliopiston Informaatiotieteiden yksiköstä on hankkeen vastuullinen johtaja, ja hän tutkimusryhmineen vastaa myös hankkeessa tehtävästä kokeellisesta tutkimuksesta. Professori Markus Rautiainen Tampereen yliopiston Lääketieteen yksiköstä vastaa hankkeessa tehtävästä kliinisestä tutkimuksesta.  

Mimetic Interfaces -hanketta (MIMEFACE) rahoittaa Suomen Akatemia. Mimetic Interfaces -konsepti viittaa aivan uudenlaisiin käyttöliittymäteknologioihin, jotka samanaikaisesti mittaavat ja jäljittelevät ihmisen toimintaa siten, että esimerkiksi eri syistä menetetty toiminnallisuus tai käyttäytyminen voidaan palauttaa digitaalisesti.

Hankkeen kokonaisbudjetti on noin 1,8 miljoonaa euroa josta Suomen Akatemian rahoitus osuus on hieman alle 1,3 miljoonaa euroa.

Teksti perustuu Tampereen yliopistojen tiedotteeseen.

Peliohjaimista ja kännyköistä tutut, liikkeeseen ja asentoon reagoivat anturit kotiutuvat pian myös raskaisiin työkoneisiin.

Antureiden avulla voitaisiin seurata esimerkiksi työkoneiden hydraulipuomien asentoa ja liikettä, mutta tarkkaan reaaliaikaiseen seurantaan niitä ei vielä ole onnistuneesti sovellettu.

"Sormenpään kokoisilla antureilla voitaisiin tuottaa kustannustehokkaasti tietoa raskaiden työkoneiden liiketilasta, jota voidaan käyttää esimerkiksi työkoneiden kunnonvalvonnassa. Lisäksi sen avulla voidaan tehdä ennakoivaa huoltoa etäyhteyden yli", sanoo tulevana perjantaina aiheesta väittelevä diplomi-insinööri Janne Honkakorpi.

Asennon ja liiketilan aistimiseen sekä liikkeen säätöön käytetään MEMS-teknologiaan (Micro-Electro-Mechanical Systems) perustuvia kiihtyvyys- ja kulmanopeusantureita. MEMS-anturit ovat yleistyneet autoteollisuudessa, kuluttajaelektroniikassa ja sotilaskäytössä, ja niitä käytetään jo laajamittaisesti mm. ajoneuvojen vakautusjärjestelmissä, matkapuhelimissa ja peliohjaimissa.

"Helposti asennettavilla pienillä liikeantureilla työkonevalmistajat voivat toteuttaa jo olemassa oleviin koneisiin myös kuljettavaa avustavia ja turvallisuutta parantavia automaattisia liikkeensäätöjärjestelmiä", Honkakorpi näkee.

Hän tutki väitöstyössään raskaissa liikkuvissa työkoneissa käytettävien hydraulipuomien asennon ja liiketilan aistimista sekä liikkeen säätöä MEMS-kiihtyvyys- ja kulmanopeusantureilla.

Työkoneen liiketiloja seuraamalla voidaan havaita ajoissa sellaiset käyttötilanteet, jotka toistuessaan rasittaisivat rakenteita liikaa ja johtaisivat konerikkoon. Esimerkiksi metsäkoneiden työn tehokkuutta voidaan parantaa kun seurataan sen puomin normaalia käyttöä ja sitten karsitaan siitä tarpeettoman laajat ja tehoa vievät liikkeet.

Tulevaisuudessa antureita voitaisiin käyttää myös koneiden ohjaamiseen: suuretkin kuormat liikkuisivat pienillä kädenliikkeillä ja laitteet ajaisivat eteen- tai taakesepäin vaikkapa päätä kallistamalla.

Juttu on Tampereen tekniknillisen yliopiston tiedote: Liikettä aistivat anturit tehostavat työkoneen ja kuljettajan töitä.

Kuva: Flickr