Performance Measurement and Management in the digital era

8.6.2021/Text: Mina Nasiri

mina nasiri 2

Digital technologies have improved business operations through advanced connectivity, easy access to information, and integrated activities, which all of them create many opportunities for digital innovation. Because of the complex nature of digital technologies and the key role of digital technologies in digital innovation, managing digital innovation is challenging. Therefore, there is a need for new capabilities and strategies to manage digital innovation. Furthermore, it is necessary to investigate on the way to manage digital innovation by using digital-related capabilities, and digital business strategies. This research used managers’ perception reported data collected through survey questionnaire of 280 SMEs, who operate both in service and manufacturing industries in Finland. The results of the study showed that companies need both digital-related-capabilities and digital business strategies for management of digital innovation.

Managing Digital Innovation through digital-related-capabilities

Digital innovation defined as creating both market offerings and business processes using digital technologies. The results of the study determined digital-related capabilities in terms of human, collaboration, technical, and innovation as the influential capabilities to manage digital innovation. The results of the study revealed that innovation capability plays an important role in managing digital innovation. In other words, managers of the SMEs can enhance the possibility for better management of digital innovation by improving the innovation capabilities at their companies.

Managing Digital Innovation through digital business strategies

In addition to digital-related-capabilities, there is a need for digital business strategies to manage digital innovation. The result of the study showed that to effectively manage digital innovation, there is a need for digital business strategies. Furthermore, to realize digital business strategies, two determinant elements such managerial and operational capabilities are necessary. Moreover, the results of the study revealed that managers of the SMEs can improve their ability to effectively manage digital innovation by enhancing operational capabilities, as one of the determinants of digital business strategies. The findings will support managers to search for opportunities to create new digital products and services while identifying which capabilities enable firms to realize digital business strategies.

Mina Nasiri received an encouragement grant from The Finnish Foundation for Technology Promotion in 2019. She received her PhD from the LUT University in 2021.

Uusimmat artikkelit

Performance Measurement and Management in the digital era

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 8.6.2021

Performance Measurement and Management in the digital era Digital technologies have improved business operations through advanced connectivity, easy access to information, and integrated activities, which all of them create many opportunities for digital innovation. Because of the complex nature of digital technologies and the key role of digital technologies in digital innovation, managing digital innovation … Jatka artikkeliin Performance Measurement and Management in the digital era

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 18.5.2021

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin? Mikroelektroniikan 1960-luvulta alkanut voittokulku on muokannut arkielämäämme lukuisin tavoin. Ilman mikroelektroniikkaa nykyisistä tietokoneista ja mobiililaitteista sekä internetistä ja sosiaalisesta mediasta voisimme vain haaveilla. Esimerkkinä uusista, kehitteillä olevista mikroelektroniikan sovelluksista on esineiden internet, jonka avulla voimme saada jatkuvasti yhteyden vaikka autoomme, lämpöpattereihimme, tai kotimme turvallisuutta valvoviin kameroihin – missä … Jatka artikkeliin Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 22.4.2021

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla Jos olet lainkaan kuin minä, rakastat ruokaa. Kuka tahansa ystävistäni todennäköisesti kertoisi sinulle, että minulla on aina nälkä eikä ole olemassa ruokalajia, josta en pitäisi. Sen takia minusta on erityisen mielenkiintoista ja palkitsevaa päästä tekemään väitöstyötäni entistä kestävämmän ruoantuotannon puolesta tehostamalla maanviljelyssä käytettyjen ravinteiden käyttöä. Kun minulle lisäksi tarjoutui mahdollisuus … Jatka artikkeliin Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Tekniikan edistämissäätiön vuoden nuori tutkija rakentaa kvanttitietokonetta ja vuoden opettaja motivoi matemaattisen optimoinnin maailmaan

24.5.2021

Govenius + Oliveira

Tekniikan edistämissäätiö palkitsee vuosittain opetustyössään menestyneen tekniikan osaajan sekä alan nuoren tutkijan. Tänä vuonna 10 000 euron palkinnot menivät VTT:n tutkijalle ja Aalto-yliopiston professorille. Vuoden nuori tutkija on tekniikan tohtori Joonas Govenius ja vuoden opettaja matematiikan ja operaatiotutkimuksen professori Fabricio Oliveira.

Tavoitteena tehokas kvanttitietokone 

Joonas Govenius, 34, tutkii, miten mahdollisimman tehokkaita kvanttitietokoneita olisi mahdollista rakentaa. Tutkimuskohteena ovat suprajohteet, eli vastuksettomat metallit, joista on lupaavia tuloksia kvanttitietokoneen materiaalina.

Goveniuksen kiinnostus kvanttifysiikkaa kohtaan syntyi kandidaatin opinnoista Yhdysvalloissa Princetonin yliopistossa. Siellä juuri professorina aloittanut Andrew Houck sai Goveniuksen kiinnostumaan kvanttitietokoneista.

Nyt, yli kymmenen vuotta myöhemmin, Govenius on ehtinyt työskennellä myös Sveitsissä ja väitellä Aalto-yliopistosta tekniikan tohtoriksi.

Goveniusta kiehtoo fysiikan ja käytännön sovellusten yhdistäminen.

“On hienoa työskennellä teknologian parissa ja tutkia asiaa, joka voi oikeasti vaikuttaa ihmisten arkeen vuosikymmenien päästä. Tietokoneen keksijät eivät varmasti olisi osanneet kuvitella 40-luvulla, mihin kaikkeen laitteita käytetään nykypäivänä”, Govenius kuvailee.

Goveniuksen ja hänen tutkimusryhmänsä tavoitteena on komponentteja suurempiin kvanttitietokoneisiin, jotka voisivat oikeasti laskea asioita, joihin perinteinen tietokone ei pysty. Työ saa suuria harppauksia tulevina vuosina, kun Teknologian tutkimuskeskus VTT ja start-up yritys IQM:n kvanttitietokone valmistuu ensi vuoden alussa, ja suurempitehoinen versio parin vuoden kuluttua.

Juuri työ suomalaisen kvanttitietokoneen parissa toi Goveniukselle vuoden nuoren tutkijan palkinnon.

”Vuoden nuoren tutkijan ehdokasasettelu oli tänä vuonna poikkeuksellisen korkea. Valinta painottui Joonas Goveniukseen, sillä hänen huipputason tutkimuksensa on osaltaan rakentamassa suomalaista kvanttitietokoneen ympärille keskittyvää tutkimusekosysteemiä”, Tekniikan edistämissäätiön hallituksen puheenjohtaja Johanna Lamminen sanoo.

Monimutkainen aihe tutuksi vuorovaikutuksen ja tosielämän esimerkkien avulla

Aalto-yliopiston professori Fabricio Oliveira, 35, opettaa tekniikan opiskelijoille matemaattista optimointia. Tavoitteena on optimoida minkä tahansa järjestelmän toimintaa esimerkiksi taloudellisesti tai ympäristövaikutuksiltaan mahdollisimman tehokkaasti matemaattisen mallinnuksen avulla.

Oliveiran opettamien kurssien teemat ovat tunnettuja yhtenä systeemi- ja operaatiotutkimuksen vaikeimmista. Opiskelijat kuitenkin kehuvat hänen tapaansa tuoda monimutkaiset tekniset teemat lähelle arkielämää: kurssilla mallintamista ja optimointia opiskellaan tosielämän esimerkkien kautta. Vuorovaikutteinen ja energinen opetus saavat opiskelijat kiinnostumaan aiheesta.

Vuoden opettaja -palkinto jaettiin tänä vuonna ensimmäistä kertaa kansainväliselle tekniikan osaajalle.

”Poikkeuksellinen vuosi näkyi myös Hyvän opettajan ehdokasasettelussa. Fabricio Oliveira sai opiskelijoilta kiitosta siitä, miten hienosti hän on onnistunut järjestämään opetuksen myös etäaikana. Säätiön apurahansaajissa kansainväliset osaajat ovat jo useita vuosia olleet isossa roolissa. On hienoa nähdä, että nämä kansainväliset rekrytoinnit näkyvät myönteisesti myös opetuksessa”, Lamminen sanoo.

Oliveiran mukaan kulunut vuosi ja Vuoden opettaja -palkinto ovat erinomainen tilaisuus miettiä, mikä opetuksessa on onnistunut, ja mitä voisi vielä kehittää.

“Uskon, että voimme tulevaisuudessa yhdistää etä- ja lähiopetuksen parhaat palat. Itse en aio luopua luentovideoista, joiden avulla opiskelija voi opiskella omassa tahdissaan. Kasvokkaista tapaamista ei kuitenkaan voita mikään – luentosalissa huomaa heti opiskelijoiden ilmeistä, menikö selitys aivan ohi”, Oliveira sanoo.

Oliveira on huomannut eroja opetuksessa maiden välillä työskenneltyään Suomessa, Brasiliassa, Yhdysvalloissa ja Australiassa. Suomessa opiskelijoita on välillä haastava saada keskustelemaan, sillä he ovat tottuneet reflektoimaan oppimaansa rauhassa. Toisaalta peruskoulun korkea taso näkyy luentosaleissa.

“Opiskelijat ovat opiskelijoita maasta riippumatta. Suomessa on kuitenkin ollut todella hienoa nähdä, kuinka korkea tietotaso opiskelijoilla on jo ennen yliopisto-opintoja”, Oliveira sanoo.

Lisätietoa: 

Tekniikan tohtori Joonas Govenius, VTT

+358 40 189 8624

joonas.govenius@vtt.fi

Professori Fabricio Oliveira, Aalto-yliopisto

+358 40 489 0080

fabricio.oliveira@aalto.fi

Johanna Lamminen, Tekniikan edistämissäätiön hallituksen puheenjohtaja

yhteydenotot: johdon assistentti Nathalie Vaittinen, nathalie.vaittinen@gasum.com

Uusimmat artikkelit

Tekniikan edistämissäätiön vuoden nuori tutkija rakentaa kvanttitietokonetta ja vuoden opettaja motivoi matemaattisen optimoinnin maailmaan

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 24.5.2021

Tekniikan edistämissäätiön vuoden nuori tutkija rakentaa kvanttitietokonetta ja vuoden opettaja motivoi matemaattisen optimoinnin maailmaan Joonas Govenius, 34, tutkii, miten mahdollisimman tehokkaita kvanttitietokoneita olisi mahdollista rakentaa. Tutkimuskohteena ovat suprajohteet, eli vastuksettomat metallit, joista on lupaavia tuloksia kvanttitietokoneen materiaalina. Goveniuksen kiinnostus kvanttifysiikkaa kohtaan syntyi kandidaatin opinnoista Yhdysvalloissa Princetonin yliopistossa. Siellä juuri professorina aloittanut Andrew Houck sai Goveniuksen … Jatka artikkeliin Tekniikan edistämissäätiön vuoden nuori tutkija rakentaa kvanttitietokonetta ja vuoden opettaja motivoi matemaattisen optimoinnin maailmaan

Tekniikan edistämissäätiö tuki tekniikan tutkimusta 598 900 eurolla – hakemuksissa korostuivat tulevaisuuden haasteet ja kansainväliset osaajat

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 24.5.2021

Tekniikan edistämissäätiö tuki tekniikan tutkimusta 598 900 eurolla – hakemuksissa korostuivat tulevaisuuden haasteet ja kansainväliset osaajat Tekniikan edistämissäätiö tukee tutkimusta, joka edistää teollisuuden uudistamista, älykkäämmän arjen, puhtaammaan maailman ja terveemmän elämän tekniikkaa. Teemat näkyvät myös apurahansaajien tutkimusaiheissa. Yksi kahdeksastakymmenestä apurahan saajasta on Oulun yliopiston väitöskirjatutkija Hanna Kemppi. Kemppi tutkii, miten rustovaurioita voi korjata biomateriaaleilla kudosteknologian … Jatka artikkeliin Tekniikan edistämissäätiö tuki tekniikan tutkimusta 598 900 eurolla – hakemuksissa korostuivat tulevaisuuden haasteet ja kansainväliset osaajat

Tehokkaampaa sähköntuotantoa yksityiskohtien ymmärryksen kautta

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 17.2.2021

Tehokkaampaa sähköntuotantoa yksityiskohtien ymmärryksen kautta Suuri osa maailman ja myös Suomen sähköntuotannosta toteutetaan polttoprosessien kautta. Sähköntuotanto polttoprosessien kautta on teoriassa yksinkertaista: Polttoaine palaa, jolloin vapautuu lämpöä. Lämmön avulla höyrystetään vettä ja höyry kuumennetaan usean sadan asteen lämpötilaan ja useiden kymmenien atmosfäärien paineeseen. Höyry johdetaan turbiinin, jossa höyryn annetaan laajentua. Höyry tekee työtä, joka saa turbiinin … Jatka artikkeliin Tehokkaampaa sähköntuotantoa yksityiskohtien ymmärryksen kautta

Tekniikan edistämissäätiö tuki tekniikan tutkimusta 598 900 eurolla – hakemuksissa korostuivat tulevaisuuden haasteet ja kansainväliset osaajat

24.5.2021

thisisengineering-raeng-CnDBjaddRWs-unsplash

Apurahaa sai 80 lahjakasta tutkijaa, jotka pyrkivät ratkaisemaan tulevaisuuden haasteita teknologialla. 

Tekniikan edistämissäätiö tukee tutkimusta, joka edistää teollisuuden uudistamista, älykkäämmän arjen, puhtaammaan maailman ja terveemmän elämän tekniikkaa. Teemat näkyvät myös apurahansaajien tutkimusaiheissa.

Yksi kahdeksastakymmenestä apurahan saajasta on Oulun yliopiston väitöskirjatutkija Hanna Kemppi. Kemppi tutkii, miten rustovaurioita voi korjata biomateriaaleilla kudosteknologian avulla.

Rustovauriot ovat yleisiä iästä riippumatta. Rusto korjaa huonosti itseään. Siksi teknologisesti soluihin lisätyt biomateriaalit voisivat olla mullistava teknologia rustovaurioiden hoitoon.

“Terveysteknologian parissa tehty tutkimus on hyvä esimerkki siitä, miten tekniikan osaamisella voidaan parantaa elämänlaatua”, Tekniikan edistämissäätiön toimitusjohtaja Antti Aarnio sanoo.

Danielle Bansfield puolestaan selvittää väitöskirjassaan, miten teollisista jätevesistä voitaisiin ottaa ravinteita talteen. Tavoitteena on erottaa ravinteet esimerkiksi biokaasun tai juuston valmistuksen sivutuotteena tulevasta vedestä, jotta ravinteita voidaan hyödyntää kiertotalouden mukaisesti uudelleen.

Aalto-yliopiston väitöskirjatutkija aikoo hyödyntää Gasumin rahaston kannustusrahan välineiden hankkimiseen ja kokeiden tekemiseen.

“Bansfield on saanut Gasumin rahaston apurahan jo kolmena vuonna peräkkäin. On etuoikeus päästä tukemaan nuorta tutkijaa, joka tekee rahastomme kannalta kiinnostavaa tutkimusta ja etenee hienosti aikataulussa”, Gasumin toimitusjohtaja ja Tekniikan edistämissäätiön hallituksen puheenjohtaja Johanna Lamminen sanoo.

Kansainvälisiä huippuosaajia Suomeen 

Apurahoilla kannustetaan lahjakkaita nuoria tutkijoita eteenpäin urallaan ja palkitaan alansa parhaimmistoa. Tekniikan edistämissäätiön tavoitteena on, että Suomi kouluttaa maailman parhaat tekniikan osaajat.

“Tänä vuonna huomiota herätti erityisesti aikaisempaakin suurempi kansainvälisten osaajien määrä apurahojen saajissa. On hienoa huomata, kuinka Suomeen on onnistuttu houkuttelemaan kansainvälisiä huippuosaajia. Teknologian osaajien avulla tuetaan Suomen kilpailukykyä ja rakennetaan tulevaisuuden yhteiskuntaa”, Aarnio sanoo.

TES apurahat kevät 2021

Uusimmat artikkelit

Tekniikan edistämissäätiön vuoden nuori tutkija rakentaa kvanttitietokonetta ja vuoden opettaja motivoi matemaattisen optimoinnin maailmaan

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 24.5.2021

Tekniikan edistämissäätiön vuoden nuori tutkija rakentaa kvanttitietokonetta ja vuoden opettaja motivoi matemaattisen optimoinnin maailmaan Joonas Govenius, 34, tutkii, miten mahdollisimman tehokkaita kvanttitietokoneita olisi mahdollista rakentaa. Tutkimuskohteena ovat suprajohteet, eli vastuksettomat metallit, joista on lupaavia tuloksia kvanttitietokoneen materiaalina. Goveniuksen kiinnostus kvanttifysiikkaa kohtaan syntyi kandidaatin opinnoista Yhdysvalloissa Princetonin yliopistossa. Siellä juuri professorina aloittanut Andrew Houck sai Goveniuksen … Jatka artikkeliin Tekniikan edistämissäätiön vuoden nuori tutkija rakentaa kvanttitietokonetta ja vuoden opettaja motivoi matemaattisen optimoinnin maailmaan

Tekniikan edistämissäätiö tuki tekniikan tutkimusta 598 900 eurolla – hakemuksissa korostuivat tulevaisuuden haasteet ja kansainväliset osaajat

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 24.5.2021

Tekniikan edistämissäätiö tuki tekniikan tutkimusta 598 900 eurolla – hakemuksissa korostuivat tulevaisuuden haasteet ja kansainväliset osaajat Tekniikan edistämissäätiö tukee tutkimusta, joka edistää teollisuuden uudistamista, älykkäämmän arjen, puhtaammaan maailman ja terveemmän elämän tekniikkaa. Teemat näkyvät myös apurahansaajien tutkimusaiheissa. Yksi kahdeksastakymmenestä apurahan saajasta on Oulun yliopiston väitöskirjatutkija Hanna Kemppi. Kemppi tutkii, miten rustovaurioita voi korjata biomateriaaleilla kudosteknologian … Jatka artikkeliin Tekniikan edistämissäätiö tuki tekniikan tutkimusta 598 900 eurolla – hakemuksissa korostuivat tulevaisuuden haasteet ja kansainväliset osaajat

Tehokkaampaa sähköntuotantoa yksityiskohtien ymmärryksen kautta

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 17.2.2021

Tehokkaampaa sähköntuotantoa yksityiskohtien ymmärryksen kautta Suuri osa maailman ja myös Suomen sähköntuotannosta toteutetaan polttoprosessien kautta. Sähköntuotanto polttoprosessien kautta on teoriassa yksinkertaista: Polttoaine palaa, jolloin vapautuu lämpöä. Lämmön avulla höyrystetään vettä ja höyry kuumennetaan usean sadan asteen lämpötilaan ja useiden kymmenien atmosfäärien paineeseen. Höyry johdetaan turbiinin, jossa höyryn annetaan laajentua. Höyry tekee työtä, joka saa turbiinin … Jatka artikkeliin Tehokkaampaa sähköntuotantoa yksityiskohtien ymmärryksen kautta

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

18.5.2021/Text: Miika Mattinen

25990af4cd918cc77f3421b1bd62c4b5

Mikroelektroniikka arjessa: nyt ja tulevaisuudessa

Mikroelektroniikan 1960-luvulta alkanut voittokulku on muokannut arkielämäämme lukuisin tavoin. Ilman mikroelektroniikkaa nykyisistä tietokoneista ja mobiililaitteista sekä internetistä ja sosiaalisesta mediasta voisimme vain haaveilla. Esimerkkinä uusista, kehitteillä olevista mikroelektroniikan sovelluksista on esineiden internet, jonka avulla voimme saada jatkuvasti yhteyden vaikka autoomme, lämpöpattereihimme, tai kotimme turvallisuutta valvoviin kameroihin – missä vain, milloin vain. Toisaalta mikroelektroniikan jatkuvasti lisääntyvä laskentateho mahdollistaa esimerkiksi laajennetun todellisuuden, jossa pyritään yhdistämään omien aistiemme ja teknologian parhaat puolet, sekä tekoälyn käytön lukuisissa sovellutuksissa lääkekehityksestä itseajaviin autoihin ja lentokoneisiin.

Kaksiulotteiset materiaalit – laboratoriosta teollisuuteen suomalaisen ALD-teknologian avulla?

Tulevaisuuden mikroelektroniikkasovellukset tarvitsevat läpimurtoja uusien materiaalien kehittämisessä sekä niiden valmistamisessa. Tutkimani kaksiulotteiset (2D) materiaalit ovat 2010-luvulla herättäneet suurta mielenkiintoa niin yliopistoissa kuin teollisuudessa niiden erinomaisten ominaisuuksien ansiosta. Näitä äärimmäisen ohuita materiaaleja voidaan käyttää vain yhden tai muutaman atomikerroksen paksuisina, siis sata tuhatta kertaa hiusta ohuempina, minkä ansiosta yksittäisestä elektroniikan komponentista voidaan tehdä entistäkin pienempi. Pienestä koostaan huolimatta – tai oikeastaan juuri sen vuoksi – suurena haasteena on 2D-materiaalien valmistus teollisuuteen soveltuvilla menetelmillä. Käyttämäni Suomessa kehitetty atomikerroskasvatusmenetelmä (ALD) mahdollistaa äärimmäisen hyvälaatuisten atomitason pinnoitteiden, ohutkalvojen, valmistamisen. ALD on jo useiden eri teollisuudenalojen käytössä, ja Suomessa on vahvaa osaamista niin ALD-kemian tutkimuksesta yliopistoissa kuin ALD-laitteistojen valmistamisesta sekä ALD-teknologian hyödyntämisestä erilaisissa sovelluksissa.

Lähdeaineista ohutkalvoihin ja sovelluksiin

Suurimpana tavoitteena tutkimuksessani on ollut erilaisten 2D-materiaalien valmistamiseen sopivien kemikaalien eli lähdeaineiden etsiminen. Tässä onkin onnistuttu mukavasti, sillä väitöskirjassani kehitin uudet ALD-prosessit viidelle puolijohtavalle 2D-materiaalille (HfS2, MoS2, SnS2, ZrS2 ja WS2). Näistä HfS2:lle ja ZrS2:lle kehitetyt prosessit olivat maailman ensimmäisiä. Lisäksi yhteistyökumppanien kanssa olemme osoittaneet, että materiaaleja voidaan käyttää transistoreissa ja valoilmaisimissa – molemmat tärkeitä elektroniikan komponentteja. Mielenkiintoisinta onkin ollut se, että olen saanut olla mukana koko materiaalinkehitysprosessissa uusien kemikaalien kehittämisestä kalvojen valmistamiseen ja sovelluskokeiden tekemiseen. Hienoa on ollut nähdä myös mielenkiinto tukimusta kohtaan niin tiedeyhteisössä kuin alan yritystenkin puolelta.

Miika Mattinen sai säätiön kannustusapurahan vuonna 2019. Mattinen väitteli tohtoriksi Helsingin yliopistossa huhtikuussa 2020.

Uusimmat artikkelit

Performance Measurement and Management in the digital era

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 8.6.2021

Performance Measurement and Management in the digital era Digital technologies have improved business operations through advanced connectivity, easy access to information, and integrated activities, which all of them create many opportunities for digital innovation. Because of the complex nature of digital technologies and the key role of digital technologies in digital innovation, managing digital innovation … Jatka artikkeliin Performance Measurement and Management in the digital era

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 18.5.2021

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin? Mikroelektroniikan 1960-luvulta alkanut voittokulku on muokannut arkielämäämme lukuisin tavoin. Ilman mikroelektroniikkaa nykyisistä tietokoneista ja mobiililaitteista sekä internetistä ja sosiaalisesta mediasta voisimme vain haaveilla. Esimerkkinä uusista, kehitteillä olevista mikroelektroniikan sovelluksista on esineiden internet, jonka avulla voimme saada jatkuvasti yhteyden vaikka autoomme, lämpöpattereihimme, tai kotimme turvallisuutta valvoviin kameroihin – missä … Jatka artikkeliin Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 22.4.2021

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla Jos olet lainkaan kuin minä, rakastat ruokaa. Kuka tahansa ystävistäni todennäköisesti kertoisi sinulle, että minulla on aina nälkä eikä ole olemassa ruokalajia, josta en pitäisi. Sen takia minusta on erityisen mielenkiintoista ja palkitsevaa päästä tekemään väitöstyötäni entistä kestävämmän ruoantuotannon puolesta tehostamalla maanviljelyssä käytettyjen ravinteiden käyttöä. Kun minulle lisäksi tarjoutui mahdollisuus … Jatka artikkeliin Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

22.4.2021/Teksti: Veera Koskue

Veera Koskue

Jos olet lainkaan kuin minä, rakastat ruokaa. Kuka tahansa ystävistäni todennäköisesti kertoisi sinulle, että minulla on aina nälkä eikä ole olemassa ruokalajia, josta en pitäisi. Sen takia minusta on erityisen mielenkiintoista ja palkitsevaa päästä tekemään väitöstyötäni entistä kestävämmän ruoantuotannon puolesta tehostamalla maanviljelyssä käytettyjen ravinteiden käyttöä. Kun minulle lisäksi tarjoutui mahdollisuus suorittaa vuosi väitöstyöstäni tutkijavaihdossa Queenslandin yliopistossa Australiassa, en miettinyt kahta kertaa lähteäkö vaiko eikö.

Ravinteiden talteenotto jätevesistä - uhka vai mahdollisuus?

Viime vuosikymmenten räjähdysmäisen väestönkasvun seurauksena koko maapallon väestöä olisi nykypäivänä täysin mahdotonta ruokkia ilman keinotekoisten lannoitteiden käyttöä maataloudessa. Nykyinen lannoitetuotanto sen sijaan ei ole lainkaan kestävää, vaan kuluttaa tarpeettoman paljon niin rajallisia luonnonvaroja kuin energiaakin. Askel kohti kestävämpää ruoantuotantoa olisi kierrättää jo kertaalleen lannoitteina käytetyt ravinteet takaisin maatalouskäyttöön entistä tehokkaammin.

Kun ihmiset syövät maanviljelijöiden tuottamaa ruokaa, suuri osa viljelystuotteisiin sitoutuneista ravinteista kulkee suoraan kehomme läpi. Toisin sanoen huuhtelemme ison osan lannoitteina käytetyistä ravinteista alas vessanpöntöstä, mistä ne kulkeutuvat jätevedenpuhdistamoille ja tarjoavat näin ollen tilaisuuden niiden talteenotolle keskitetysti.

Jätemateriaalista talteen otettujen ravinteiden käyttö ruoantuotannossa on tietysti aihe, joka saattaa kuluttajassa herättää puistatusta ja huolta lannoitteiden turvallisuudesta. Tästä syystä ei riitä, että ravinteiden talteenotto jätevesistä on riittävän tehokasta, vaan myös lopputuotteen turvallisuus pitää selvittää. Omassa tutkimuksessani olen keskittynyt varmistamaan, että jätevedessä esiintyvät lääkeainejäämät eivät päädy tuottamaani ravinnekonsentraattiin.

Elektrokemiallisia edistysaskeleita pandemia-arjesta huolimatta

Tärkeimmät lannoitteina käytetyt ravinteet typpi, kalium ja fosfori esiintyvät jätevesissä ionimuotoisina, eli niillä on joko positiivinen tai negatiivinen varaus. Tätä pystytään hyödyntämään elektrokemiaan perustuvissa talteenottomenetelmissä, joita omassa väitöstyössäni tutkin. Jätevesiliuoksessa varautuneet ravinnehiukkaset saadaan liikkumaan haluttuun suuntaan sähköisen jännitteen avulla. Vastaavasti systeemiin voidaan lisätä positiivisella ja negatiivisella varauksella varustettuja kalvoja, joiden läpi ionit joko pystyvät kulkemaan tai ei, jolloin niiden liikkumista voidaan kontrolloida entistä tarkemmin. Parasta on, että elektrokemialliset menetelmät eivät tyypillisesti vaadi kemikaalilisäyksiä vaan kuluttavat pelkkää sähköenergiaa. Jos tämä sähköenergia tuotetaan uusiutuvilla menetelmillä, elektrokemiallinen ravinteiden talteenotto voi olla hyvin kestävä ratkaisu.

Aiemmat Tampereella suorittamani laboratoriokokeet olivat jo antaneet lupaavia tuloksia, kun tutkijavaihtoni aika koitti. Australian-vuoteni aikana onnistuin kasvattamaan ravinteiden talteenottotehokkuutta noin 50 prosentista lähes 75 prosenttiin. Lisäksi pääsin hyödyntämään lääkeaineanalytiikkaa, jota meillä Tampereella ei ollut valmiina saatavilla.

Oman lisänsä tutkijavaihtovuoteeni toi luonnollisesti myös koko maailmaa vuoden 2020 aikana ravistellut koronapandemia. Vaikka vuoteni Australiassa oli todella erilainen kuin etukäteen odotin, olin loppujen lopuksi todella onnekkaassa asemassa: pystyin jatkamaan laboratoriokokeitani keskeytyksettä samaan aikaan kun kotiyliopistoni Tampereella suljettiin lähes kokonaan parin kuukauden ajaksi. Olen aiemminkin huomannut, että suurin osa niin ammatillisesta kuin henkilökohtaisesta kasvusta tapahtuu tutun ympäristön ja oman mukavuusalueen ulkopuolella, eikä tämäkään kerta ollut poikkeus tuohon sääntöön.

Veera Koskue on tohtorikoulutettava Tampereen yliopistossa, Bio- ja kiertotalouden tutkimusryhmässä. Hän sai vuonna 2019 kannustusapurahan Gasumin rahastolta tutkijavaihtoa varten. 

Uusimmat artikkelit

Performance Measurement and Management in the digital era

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 8.6.2021

Performance Measurement and Management in the digital era Digital technologies have improved business operations through advanced connectivity, easy access to information, and integrated activities, which all of them create many opportunities for digital innovation. Because of the complex nature of digital technologies and the key role of digital technologies in digital innovation, managing digital innovation … Jatka artikkeliin Performance Measurement and Management in the digital era

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 18.5.2021

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin? Mikroelektroniikan 1960-luvulta alkanut voittokulku on muokannut arkielämäämme lukuisin tavoin. Ilman mikroelektroniikkaa nykyisistä tietokoneista ja mobiililaitteista sekä internetistä ja sosiaalisesta mediasta voisimme vain haaveilla. Esimerkkinä uusista, kehitteillä olevista mikroelektroniikan sovelluksista on esineiden internet, jonka avulla voimme saada jatkuvasti yhteyden vaikka autoomme, lämpöpattereihimme, tai kotimme turvallisuutta valvoviin kameroihin – missä … Jatka artikkeliin Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 22.4.2021

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla Jos olet lainkaan kuin minä, rakastat ruokaa. Kuka tahansa ystävistäni todennäköisesti kertoisi sinulle, että minulla on aina nälkä eikä ole olemassa ruokalajia, josta en pitäisi. Sen takia minusta on erityisen mielenkiintoista ja palkitsevaa päästä tekemään väitöstyötäni entistä kestävämmän ruoantuotannon puolesta tehostamalla maanviljelyssä käytettyjen ravinteiden käyttöä. Kun minulle lisäksi tarjoutui mahdollisuus … Jatka artikkeliin Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Laskennalliset menetelmät uudistavat patologiaa

14.4.2021/Text: Kimmo Kartasalo

Kimmo Kartasalo

Alaa tuntemattomalle patologia ei välttämättä tule aivan ensimmäisenä mieleen laskennallisten menetelmien ja tekoälyn kuumana sovelluskohteena. Kieltämättä allekirjoittaneellekin olisi teekkarivuosina tullut mieleen supertietokoneiden ja oppivien algoritmien sijaan ennemmin rikossarjojen kuvastosta tutut kelmeässä valossa uurastavat luusahat. Laskennallista patologiaa koskevaa väitöskirjatutkimusta tehdessä mielikuva on muuttunut rajusti – patologia jos mikä on ”isoa dataa” tuottava digitaalinen ala.

Digitointi tuottaa suuria kuva-aineistoja

Kudosnäytteiden patologinen analyysi on välttämätöntä monien sairauksien, kuten syöpien, diagnosoinnille. Kuten aiemmassa blogitekstissäni kirjoitin (https://tekniikanedistamissaatio.fi/tekoaly-auttaa-patologia/), perinteisesti patologiset näytteet on analysoinut alaan erikoistunut lääkäri mikroskoopin avulla. Patologin silmämääräisen arvion perusteella muodostetaan potilaan diagnoosi ja päätetään edelleen tarvittavasta hoidosta. Skannaamalla mikroskooppilasit korkean resoluution digitaalisiksi kuviksi niitä voidaan perinteisistä työtavoista poiketen käsitellä laskennallisesti. Viime vuosina yleistyneet digitaalipatologiset skannerit tuottavat valtavia määriä kuvadataa: esimerkiksi omassa tutkimuksessani käytetty aineisto koostui noin 13 terapikselistä, mikä vastaa karkeasti pitkälti yli miljoonaa tavanomaisella kameralla otettua valokuvaa. Erilaisia sairauksia edustavien solumuutosten väsymätön havaitseminen ja luokittelu suurista datamassoista on juuri sellainen tehtävä, johon tekoäly soveltuu hyvin.

Asiantuntijan tasoista tarkkuutta

Usean viime vuoden ajan tutkimusryhmämme on yhteistyössä ruotsalaisten tutkijoiden kanssa kehittänyt tekoälyjärjestelmää eturauhasyövän diagnostiikkaan. Tutkimus, joka muodostaa myös keskeisen osan omaa väitöskirjaani, julkaistiin tämän vuoden alussa The Lancet Oncology -tiedelehdessä (https://www.tuni.fi/fi/ajankohtaista/tekoaly-tunnistaa-eturauhassyovan). Tutkimuksessa, jonka tuloksia voi tarkastella interaktiivisesti osoitteessa https://tissuumaps.research.it.uu.se/sthlm3/index.html, osoitimme ensimmäistä kertaa, että tekoälypohjainen algoritmi kykynee diagnosoimaan eturauhasyöpää koepaloista yhtä hyvin kuin kokenut patologi. Vastaavia menetelmiä voidaan soveltaa muihinkin tauteihin ja muut tutkimusryhmät ovatkin saavuttaneet hyviä tuloksia esimerkiksi iho- ja rintasyöpien tapauksessa.

Suurteholaskenta avainroolissa

Entä miten supertietokoneet liittyvät asiaan? Nykyiset niin sanottuun syväoppimiseen perustuvat tekoälymenetelmät vaativat huomattavaa laskentakapasiteettia. Esimerkiksi eturauhassyöpätekoälyn kouluttaminen tavallisella kuluttajatietokoneella olisi vienyt vuosikausia – Tampereen tieteellisen laskennan keskus TCSC:n ja Tieteen tietotekniikan keskus CSC:n suurteholaskennan laitteistoilla laskenta-aika on kuitenkin vain päiviä. Voisi sanoa, että laskentaintensiivisten alojen suomalaisten tutkijoiden keskuudessa ollaan tällä hetkellä eräänlaisen kultaisen aikakauden kynnyksellä. Upouusi Puhti-supertietokone on jo ehtinyt päästä kovaan käyttöön minunkin tutkimuksessani, mutta vielä suurempi puheenaihe on nyt LUMI – supertietokone, joka peittoaa kaikki maailman nykyiset suurteholaskennan järjestelmät. Kajaaniin ensi vuonna asennettava kone luo varmasti ennennäkemättömiä mahdollisuuksia myös laskennallisessa patologiassa (kts. haastattelu https://www.lumi-supercomputer.eu/lumi-provides-new-opportunities-for-artificial-intelligence-research/).

Ratkaiseeko tekoäly patologipulan?

Väestön ikääntyminen on aiheuttamassa patologiassa kaksinkertaisen ongelman – samaan aikaan kun esimerkiksi syöpätaudit yleistyvät ja diagnostiikan tarve kasvaa, nykyinen pula patologeista pahenee eläköitymisten myötä. Potilaskäytössä tekoälymenetelmät voivat toivon mukaan nopeuttaa patologien työskentelyä, toimia potilasturvallisuutta parantavana varmuusmekanismina ja mahdollistaa näiden kriittisten analyysien suorittamisen myös siellä, missä asiantuntijoita ei aina ole riittävästi saatavilla. Seuraavaksi aionkin keskittyä tulosten luotettavuuteen ja epävarmuuksiin liittyviin kysymyksiin, jotka on vielä ratkaistava, ennen kuin panostukset tekoälytutkimukseen voivat tuottaa konkreettista hyötyä syöpäpotilaille.

Kirjoittaja on diplomi-insinööri, joka työskentelee väitöskirjatutkijana Tampereen yliopiston Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnassa, Biokuvainformatiikan tutkimusryhmässä. Ryhmää johtaa apulaisprofessori Pekka Ruusuvuori. Kirjoittaja sai Tekniikan edistämissäätiöltä apurahan vuonna 2019.

Uusimmat artikkelit

Performance Measurement and Management in the digital era

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 8.6.2021

Performance Measurement and Management in the digital era Digital technologies have improved business operations through advanced connectivity, easy access to information, and integrated activities, which all of them create many opportunities for digital innovation. Because of the complex nature of digital technologies and the key role of digital technologies in digital innovation, managing digital innovation … Jatka artikkeliin Performance Measurement and Management in the digital era

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 18.5.2021

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin? Mikroelektroniikan 1960-luvulta alkanut voittokulku on muokannut arkielämäämme lukuisin tavoin. Ilman mikroelektroniikkaa nykyisistä tietokoneista ja mobiililaitteista sekä internetistä ja sosiaalisesta mediasta voisimme vain haaveilla. Esimerkkinä uusista, kehitteillä olevista mikroelektroniikan sovelluksista on esineiden internet, jonka avulla voimme saada jatkuvasti yhteyden vaikka autoomme, lämpöpattereihimme, tai kotimme turvallisuutta valvoviin kameroihin – missä … Jatka artikkeliin Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 22.4.2021

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla Jos olet lainkaan kuin minä, rakastat ruokaa. Kuka tahansa ystävistäni todennäköisesti kertoisi sinulle, että minulla on aina nälkä eikä ole olemassa ruokalajia, josta en pitäisi. Sen takia minusta on erityisen mielenkiintoista ja palkitsevaa päästä tekemään väitöstyötäni entistä kestävämmän ruoantuotannon puolesta tehostamalla maanviljelyssä käytettyjen ravinteiden käyttöä. Kun minulle lisäksi tarjoutui mahdollisuus … Jatka artikkeliin Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Tehokkaampaa sähköntuotantoa yksityiskohtien ymmärryksen kautta

17.2.2021/Teksti: Jonne Niemi

Niemi_Jonne

Suuri osa maailman ja myös Suomen sähköntuotannosta toteutetaan polttoprosessien kautta. Sähköntuotanto polttoprosessien kautta on teoriassa yksinkertaista: Polttoaine palaa, jolloin vapautuu lämpöä. Lämmön avulla höyrystetään vettä ja höyry kuumennetaan usean sadan asteen lämpötilaan ja useiden kymmenien atmosfäärien paineeseen. Höyry johdetaan turbiinin, jossa höyryn annetaan laajentua. Höyry tekee työtä, joka saa turbiinin pyörimään. Turbiinin liike-energia muunnetaan sähköksi generaattorin avulla.
Kyseisen prosessin hyötysuhde riippuu merkittävästi siitä, kuinka kuumaksi höyry voidaan kuumentaa. Yleisesti hiiltä polttoaineenaan käyttävät voimalaitokset voivat tuottaa kuumempaa höyryä kuin biomassaa polttavat voimalaitokset, puhumattakaan jätteidenpolttolaitoksista. Syynä tähän ovat korkeanlämpötilan ruostumismekanismit ja polttoaineiden tuhkakemian vaikutus ruostumisnopeuteen.

Tuhka aiheuttaa ongelmia

Tietyt alkuaineet, kuten kloori, alkalimetallit ja raskasmetallit nopeuttavat ruostumista korkeissa lämpötiloissa. Juuri näitä alkuaineita löytyy esimerkiksi poltettavista jätteistä. Tästä syystä jätepolttolaitosten materiaalien lämpötilat pidetään matalalla. Ruostumiselle alttiita ovat varsinkin höyryn lämmittämiseen käytettävät lämmönvaihtimet, joiden sisällä virtaa höyryä.

Kyseessä on siis optimointiongelma: Höyrynlämpötila pitäisi saada mahdollisimman korkeaksi, jotta polttoaineesta saadaan mahdollisimman suuri hyöty, toisaalta höyryn lämpötilaa täytyy rajoittaa, jotta lämmönvaihtimet eivät ruostu puhki. Ruostumista voidaan myös hallita käyttämällä paremmin ruostumista kestäviä teräslaatuja. Kyseiset teräslaadut ovat tosin moninkertaisesti kalliimpia verrattuna huonommin ruostumista kestäviin. Tästä syystä parempaa terästä käytetään usein vain muutamissa valituissa kohdissa polttolaitoksissa.

Tuhkakemian ymmärtämisen kautta kohti kestävämpää sähköntuotantoa

Väitöskirjatyöni tarkoituksena oli tutkia yksityiskohtaisesti, mitä tuhkakerrostumissa tapahtuu lämmönvaihdinten pinnalla ja millainen vaikutus sillä on ruostumisen kannalta. Vastaavanlaisia tutkimuksia on aiemmin tehty polttolaitoksissa. Monimutkaiset olosuhteet kuitenkin tekevät yksityiskohtien tulkitsemisesta lähes mahdotonta. Tästä syystä väitöskirjatyössäni kokeet tehtiin pääasiallisesti laboratorio-olosuhteissa, jolloin monimutkainen ja monitahoinen systeemi saadaan yksinkertaistettua. Lisäksi eri muuttujia (esim. tuhkan koostumusta ja materiaalien lämpötilaa) voidaan hallita ja niiden vaikutusta testata kontrolloidusti.

Väitöskirjassa tunnistettiin onnistuneesti, miten esimerkiksi kloori voi kulkeutua teräksen pinnalle, ja täten nopeuttaa sen ruostumista. Kulkeutumismekanismin ymmärtäminen helpottaa uusien polttolaitosten suunnittelua ja edistää jo olemassa olevien ongelmien syiden tunnistamista. Tehokkaammat voimalaitokset tuottavat enemmän sähköä samalla määrällä polttoainetta. Tämän lisäksi yksityiskohtaisen tuhkakemian ymmärtäminen mahdollistaa myös uusien ja haastavien polttoaineiden ja polttoaineyhdistelmien käytön sähköntuotannossa.

https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.8b01722
https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.8b04199
http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-12-3866-6

Uusimmat artikkelit

Performance Measurement and Management in the digital era

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 8.6.2021

Performance Measurement and Management in the digital era Digital technologies have improved business operations through advanced connectivity, easy access to information, and integrated activities, which all of them create many opportunities for digital innovation. Because of the complex nature of digital technologies and the key role of digital technologies in digital innovation, managing digital innovation … Jatka artikkeliin Performance Measurement and Management in the digital era

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 18.5.2021

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin? Mikroelektroniikan 1960-luvulta alkanut voittokulku on muokannut arkielämäämme lukuisin tavoin. Ilman mikroelektroniikkaa nykyisistä tietokoneista ja mobiililaitteista sekä internetistä ja sosiaalisesta mediasta voisimme vain haaveilla. Esimerkkinä uusista, kehitteillä olevista mikroelektroniikan sovelluksista on esineiden internet, jonka avulla voimme saada jatkuvasti yhteyden vaikka autoomme, lämpöpattereihimme, tai kotimme turvallisuutta valvoviin kameroihin – missä … Jatka artikkeliin Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 22.4.2021

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla Jos olet lainkaan kuin minä, rakastat ruokaa. Kuka tahansa ystävistäni todennäköisesti kertoisi sinulle, että minulla on aina nälkä eikä ole olemassa ruokalajia, josta en pitäisi. Sen takia minusta on erityisen mielenkiintoista ja palkitsevaa päästä tekemään väitöstyötäni entistä kestävämmän ruoantuotannon puolesta tehostamalla maanviljelyssä käytettyjen ravinteiden käyttöä. Kun minulle lisäksi tarjoutui mahdollisuus … Jatka artikkeliin Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Huoneenlämpötilan kvantti-ilmiöitä valjastamassa

9.2.2021/Text: Antti Moilanen

e86fe2d13411d7eebc0ec3bf2b647e25

Tietokoneet ovat muuttaneet elämäämme monin tavoin, mutta niiden perustana toimivan elektroniikan kehityskulku alkaa tulla tiensä päähän. Tietoa siirtyy internetin kautta yhä suurempia määriä, kun striimaamme teräväpiirtolaatuisia ohjelmia kotisohvilta ja älypuhelimemme toistavat loputtomasti videoita somen uutissyötteissä. Parempi kuvan- ja äänenlaatu tarkoittaa suurempaa käsiteltävää datamäärää.

Lisäksi uudet koneoppimista hyödyntävät sovellukset vaativat valtavia määriä tietoa tekoälyn treenaamiseen. Tekoälyä kaivataan avuksi erilaisten globaalien kriisien, kuten luonnonkatastrofien ja pandemioiden selättämisessä. Toisaalta samaan aikaan energiankulutusta tulisi vähentää merkittävästi. Entistä tehokkaampien laskentateknologioiden kehittämiseen panostetaankin nyt paljon ympäri maailman.

Valosta uudenlaisia laskukoneita

Nykyaikaisen tietokoneen toiminta perustuu transistoreihin, joita käytetään sähkövirran vahvistimina, kytkiminä ja muistin osina. Transistorien ensimmäinen kaupallinen käyttökohde oli IBM 608 -laskukone vuodelta 1955. Laskukoneessa oli 3000 transistoria, mikä oli huima määrä tuohon aikaan. Mooren laki on ennustanut 1970-luvulta lähtien mikropiirin transistorien lukumäärän tuplaantuvan joka toinen vuosi, ja nykyään yhdellä mikropiirillä voi olla useampi miljardi transistoria. Pakkaamalla yhä enemmän transistoreja yhä pienempään tilaan, olemme onnistuneet rakentamaan taskukokoisia laitteita, joissa on moninkertaisesti laskentakapasiteettia verrattuna huoneenkokoisiin ensimmäisiin tietokoneisiin. Olemme kuitenkin saavuttaneet elektroniikan kehityksessä pisteen, jossa transistoreja ei pian enää voida pakata pienempään tilaan.

Optiset piirit, joissa kulkee valo sähkövirran sijaan, voivat mullistaa tiedonsiirron tulevaisuuden. Optiset piirit kykenevät toimimaan merkittävästi nopeammin ja pienemmällä energiankulutuksella, kuin elektroniset piirit. Sähkövirran häviöt asettavat ylärajan elektronisten laitteiden toimintanopeudelle, sillä sähkövirran kuljettajien eli elektronien siirtämiseen paikasta toiseen kuluu energiaa. Sen sijaan optisten piirien toimintanopeudet yltävät valonnopeuteen saakka. Toisaalta optisten piirien käyttöönoton haasteena on niiden yhteensovittaminen elektroniikan komponenttien kanssa, sillä valon kuljettajat eli fotonit eivät luonnostaan vuorovaikuta elektronien kanssa.

Kvanttivallankumouksen kynnyksellä

Väitöstyössäni tutkin pieniä metallisia rakenteita, joiden avulla valo saadaan kytkettyä metallin elektroneihin. Kun fotonit kytkeytyvät elektroneihin, valo saadaan tiivistettyä aallonpituutta pienempään tilaan. Tämä mahdollistaa muun muassa erilaisten kvantti-ilmiöiden havaitsemisen, joista yksi esimerkki on väitöstyössäni havaittu ensimmäinen valosta ja elektroneista koostuva Bosen-Einsteinin kondensaatti (HS ja T&T linkit alla).

Vuoden 2019 aikana kävin tutkimusvierailulla IBM:n Sveitsin laboratoriossa, jossa sain mahdollisuuden tutustua sekä transistoripohjaisten laskukoneiden historiaan, että kvanttitietokoneen kehittämiseen. Ensimmäisten kvanttitietokoneiden kehitys nojaa teknologiaan, joka vaatii jäähdytystä lähelle absoluuttista nollapistettä (-273 astetta). Väitöstyössäni tutkittujen rakenteiden etu on, että ne toimivat huoneenlämpötilassa. Työ on vielä varhaisessa vaiheessa käytännön sovellutuksia ajatellen, mutta ilman perustutkimusta ei teknologiakaan kehity. Apurahalla tuetun tutkimusvierailun myötä voi todeta, että vaikka pitkälle on tultu ensimmäisestä laskukoneesta, olemme vasta uuden ajanjakson kynnyksellä.

Antti Moilanen työskentelee Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa tohtorikoulutettavana. Hän sai Tekniikan edistämissäätiöltä kannustusapurahan jatko-opintoihinsa Aalto-yliopistossa vuonna 2019.

Lue lisää aiheesta:
Helsingin Sanomat, Läpi­murto Suomessa: Valosta ja elektroneista syntyi kvantti­tiivistymä Aalto-yliopistossa, https://www.hs.fi/tiede/art-2000005645499.html

Tekniikka & Talous, Albert Einsteinin 100 vuotta sitten ennustaman ilmiön rajoja ei vielä tunneta – Suomalaistutkijat pääsivät taas askeleen pidemmälle, https://www.tekniikkatalous.fi/uutiset/albert-einsteinin-100-vuotta-sitten-ennustaman-ilmion-rajoja-ei-viela-tunneta-suomalaistutkijat-paasivat-taas-askeleen-pidemmalle/f9138691-57bb-3304-8940-74d4787e22c2

Lue lisää tutkimusryhmän työstä: https://www.aalto.fi/en/department-of-applied-physics/quantum-dynamics-qd

Uusimmat artikkelit

Performance Measurement and Management in the digital era

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 8.6.2021

Performance Measurement and Management in the digital era Digital technologies have improved business operations through advanced connectivity, easy access to information, and integrated activities, which all of them create many opportunities for digital innovation. Because of the complex nature of digital technologies and the key role of digital technologies in digital innovation, managing digital innovation … Jatka artikkeliin Performance Measurement and Management in the digital era

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 18.5.2021

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin? Mikroelektroniikan 1960-luvulta alkanut voittokulku on muokannut arkielämäämme lukuisin tavoin. Ilman mikroelektroniikkaa nykyisistä tietokoneista ja mobiililaitteista sekä internetistä ja sosiaalisesta mediasta voisimme vain haaveilla. Esimerkkinä uusista, kehitteillä olevista mikroelektroniikan sovelluksista on esineiden internet, jonka avulla voimme saada jatkuvasti yhteyden vaikka autoomme, lämpöpattereihimme, tai kotimme turvallisuutta valvoviin kameroihin – missä … Jatka artikkeliin Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 22.4.2021

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla Jos olet lainkaan kuin minä, rakastat ruokaa. Kuka tahansa ystävistäni todennäköisesti kertoisi sinulle, että minulla on aina nälkä eikä ole olemassa ruokalajia, josta en pitäisi. Sen takia minusta on erityisen mielenkiintoista ja palkitsevaa päästä tekemään väitöstyötäni entistä kestävämmän ruoantuotannon puolesta tehostamalla maanviljelyssä käytettyjen ravinteiden käyttöä. Kun minulle lisäksi tarjoutui mahdollisuus … Jatka artikkeliin Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Suorituskykymittarien kehitys kondensaattorieristeiden tuotekehitykseen

9.10.2019/Text: Mikael Ritamäki

Mikael Ritamäki

Kevyempää tehoelektroniikkaa paremmilla muoveilla

Muovikondensaattoreita käytetään esimerkiksi tehoelektroniikassa, jota käytetään uusiutuvan sähköenergian siirtoon vaikkapa merituulivoimapuistoista kulutuskeskuksiin. Nykyisellä tekniikalla toteutetut muovikondensaattorit ovat luotettavia mutta varsin isoja ja painavia: parempia sähköeristemateriaaleja kehitetään, jotta kondensaattoreita käyttävistä laitteista saataisiin pienempiä ja kevyempiä. Varsinkin sähköverkkosovelluksissa muovikondensaattoreita vaaditaan pitkää, kymmenien vuosien käyttöikää, joten uusia materiaaleja kehitettäessä onkin äärimmäisen tärkeää varmistaa, että ne ovat vähintään yhtä luotettavia, ja mielellään toki vieläkin pitkäikäisempiä, kuin perinteiset materiaalit. Kelvatakseen kondensaattorieristeeksi muovin täytyy olla monella mittarilla mitattuna hyvä; yksikin huono ominaisuus, kuten taipumus lämmetä liikaa, voi estää muuten erinomaisen muovin käytön täysin.

Luottavuustestausta heti tuotekehityksen ensimetreillä

Väitöskirjatutkimukseni tavoitteena on laajentaa silloisen TTY:n eli nykyisen Tampereen yliopiston suurjännitetekniikan tutkimusryhmän käytössä olevaa mittausarsenaalia niin, että kaikki kondensaattorieristeiden loppukäyttökohteen kannalta tärkeät sähköiset ominaisuudet voitaisiin luotettavasti mitata jo tuotekehityksen alkuvaiheessa. Näin resurssit voitaisiin kohdentaa lupaavimpien materiaalien jatkokehitykseen. Nykyiset kondensaattorieristeet ovat erittäin pienihäviöisiä ja niiden läpilyöntilujuus on korkea, minkä takia diagnostisten menetelmien kehittäminen niille on hyvin vaativaa. Suurimpia haasteistani oli kehittää helposti toistettavat menetelmät laboratorio-asteen koe-erien luotettavuuden ja häviöllisyyden määrittämiseen. Standardoitujen luotettavuustestien käyttö olisi edellyttänyt ison mittakaavan kalvovalmistusta, joka tuotekehityksen alkuvaiheessa ei ollut mielekästä, koska tuolloin ”kalvokandidaatteja” on vielä lukuisia. Suurin väitöstyössä ottamani edistysaskel tapahtuikin, kun kehitin testijärjestelmän, jolla laboratorio-asteen pieniä eristekalvoja voidaan vanhentaa oikeita sovelluskohteita mukailevassa sähkö-lämpörasituksessa. Yksi tutkimukseni kohokohta olikin, kun menetelmää käsittelevä artikkelini julkaistiin sähköeristysalan arvostetuimpiin kuuluvassa vertaisarvioidussa tieteellisessä lehdessä. Lisäksi kehitin toki menetelmiä kondensaattoreiden muidenkin eristeominaisuuksien mittaamiseen oikeissa käyttölämpötiloissa.

Pikkutarkkaa näpertelyä mikrometriluokan kalvojen kanssa

Tutkimani muovikalvot ovat paksuudeltaan kymmenen mikrometrin (millin tuhannesosan) molemmin puolin, ja niiden käsittely vaati vakaita käsiä ja kieltämättä joskus myös hyviä hermoja. Vertailun vuoksi tavallinen kopiopaperi on noin kymmenen kertaa paksumpaa! Osan näytteenvalmisteluista pääsinkin tekemään silloisen Tampereen teknillisen yliopiston uudenkarheassa puhdastilassa. Työssäni nautinnollisinta olikin sen monipuolisuus, pääsin tapaamaan sekä kalvovalmistajia että loppukäyttäjiä, käymään tutkijavaihdossa Italiassa Bolognan yliopistossa ja tekemään kaikkea konepiirustuksesta mittausautomaatioon ja tulosten tilastolliseen analyysiin.

Mikael Ritamäki väitteli Tampereen Yliopistosta tekniikan tohtoriksi syksyllä 2019. Hän sai Tekniikan edistämissäätiöltä apurahaa jatko-opintoihinsa Tampereen teknillisessä yliopistossa vuonna 2018.

Linkit:

Tutustu suurjännitetutkimusryhmämme monipuoliseen toimintaan täällä: https://www.tuni.fi/en/research/high-voltage-engineering

Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1176-6

Uusimmat artikkelit


Performance Measurement and Management in the digital era


Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö

/

8.6.2021

Performance Measurement and Management in the digital era Digital technologies have improved business operations through advanced connectivity, easy access to information, and integrated activities, which all of them create many opportunities for digital innovation. Because of the complex nature of digital technologies and the key role of digital technologies in digital innovation, managing digital innovation … Jatka artikkeliin Performance Measurement and Management in the digital era


Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?


Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö

/

18.5.2021

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin? Mikroelektroniikan 1960-luvulta alkanut voittokulku on muokannut arkielämäämme lukuisin tavoin. Ilman mikroelektroniikkaa nykyisistä tietokoneista ja mobiililaitteista sekä internetistä ja sosiaalisesta mediasta voisimme vain haaveilla. Esimerkkinä uusista, kehitteillä olevista mikroelektroniikan sovelluksista on esineiden internet, jonka avulla voimme saada jatkuvasti yhteyden vaikka autoomme, lämpöpattereihimme, tai kotimme turvallisuutta valvoviin kameroihin – missä … Jatka artikkeliin Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?


Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla


Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö

/

22.4.2021

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla Jos olet lainkaan kuin minä, rakastat ruokaa. Kuka tahansa ystävistäni todennäköisesti kertoisi sinulle, että minulla on aina nälkä eikä ole olemassa ruokalajia, josta en pitäisi. Sen takia minusta on erityisen mielenkiintoista ja palkitsevaa päästä tekemään väitöstyötäni entistä kestävämmän ruoantuotannon puolesta tehostamalla maanviljelyssä käytettyjen ravinteiden käyttöä. Kun minulle lisäksi tarjoutui mahdollisuus … Jatka artikkeliin Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Bio-based thin-film structures to tackle the growing menace of plastics

30.9.2019 / text: Aayush Jaiswal

aayush

The world is turning into a global village and consequently, food products from around the world are becoming ubiquitous in the store where you buy your grocery every week. Have you ever wondered what keeps these products fresh and delicious? The answer lies in the product packaging. A package’s importance is often neglected but a lot of science goes into developing that fancy trivial package that often charms you into making buying decisions.

In today’s world, most of the food packaging utilizes petroleum-derived plastics in some form. Usually, the plastic is visible in the package and if not, it might lie as a thin layer under the top layers made from materials like paperboard and metal foils. Due to the rampant use of petroleum-derived plastics in packaging, our environment lies in a grave danger. The amount of plastics being produced for packaging purpose was approximately 161 million tons in 2017 and the amount of plastic waste entering the planet’s oceans annually worldwide was estimated to be 8 million tons. These figures, already gargantuan, are expected to rise rapidly if immediate measures are not taken. We cannot turn a blind eye to the menace of plastics in packaging anymore. We must look for bio-based solutions which are produced, consumed and recycled responsibly.

What does it take to get rid of plastics?

If it were so straightforward to replace plastics with some other biodegradable material, giving the same performance as plastics, it would have been done already. Current challenges in replacing plastics are:

  • Common packaging plastics like PE, PP, PS, etc. are extremely cheap.
  • The processing technologies for plastics such as, extrusion and injection moulding, are highly developed. Replacing a high-end and mature industrial technology is difficult.
  • We don’t have materials that can match or outperform plastics in the properties required by the packaging industry. Such properties include barrier functions like moisture, oil and gas barrier and the unique strength and flexibility offered by plastics.

Hence, the quest to find a material which can offer the demanded properties is on, and nanocellulose has been identified as a candidate material.

What is nanocellulose?

Nanocellulose is obtained by breaking down cellulose fibers (from wood or plants) to the nanoscale size through mechanical and/or chemical treatment. This nanomaterial possess excellent film-forming properties and is non-toxic and 100% biodegradable. Nanocellulose films, even as thin as human hair, exhibit excellent barrier against gas and grease, are strong, flexible, and transparent and hence, have been the center of attention of researchers around the world for the last decade. The production of such films in high-speed industrial processes has been an obstacle to commercialization and my research focuses on that.

But…..You don’t need superpowers to save the planet!

While nanocellulose-based packaging would still take some time to enter the grocery store, we need to play our small part in protecting the environment. Every individual must take responsibility for the waste they produce in everyday life and aim for as proper recycling as possible. This requires alterations in our attitude and habits but we must realize that resources on our planet are limited and we need to live in harmony with nature. We shouldn’t wait for a magical technology to do it for us, change comes from within and we must bring about this change.

Further reading:

  1. Fast facts about plastic pollution

  2. Continuous roll-to-roll coating of cellulose nanocrystals onto paperboard

 Aayush Kumar Jaiswal is a master’s degree student at the Department of Chemical Engineering, Åbo Akademi University. His research deals with development of technologies enabling the production of thin-film structures from wood-based materials. He received a grant from Tekniikan edistämissäätiö in 2018.

Uusimmat artikkelit


Performance Measurement and Management in the digital era


Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö

/

8.6.2021

Performance Measurement and Management in the digital era Digital technologies have improved business operations through advanced connectivity, easy access to information, and integrated activities, which all of them create many opportunities for digital innovation. Because of the complex nature of digital technologies and the key role of digital technologies in digital innovation, managing digital innovation … Jatka artikkeliin Performance Measurement and Management in the digital era


Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?


Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö

/

18.5.2021

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin? Mikroelektroniikan 1960-luvulta alkanut voittokulku on muokannut arkielämäämme lukuisin tavoin. Ilman mikroelektroniikkaa nykyisistä tietokoneista ja mobiililaitteista sekä internetistä ja sosiaalisesta mediasta voisimme vain haaveilla. Esimerkkinä uusista, kehitteillä olevista mikroelektroniikan sovelluksista on esineiden internet, jonka avulla voimme saada jatkuvasti yhteyden vaikka autoomme, lämpöpattereihimme, tai kotimme turvallisuutta valvoviin kameroihin – missä … Jatka artikkeliin Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?


Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla


Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö

/

22.4.2021

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla Jos olet lainkaan kuin minä, rakastat ruokaa. Kuka tahansa ystävistäni todennäköisesti kertoisi sinulle, että minulla on aina nälkä eikä ole olemassa ruokalajia, josta en pitäisi. Sen takia minusta on erityisen mielenkiintoista ja palkitsevaa päästä tekemään väitöstyötäni entistä kestävämmän ruoantuotannon puolesta tehostamalla maanviljelyssä käytettyjen ravinteiden käyttöä. Kun minulle lisäksi tarjoutui mahdollisuus … Jatka artikkeliin Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla