Uutiset

Iskuja ja kuumuutta kestävä puuvaahto haastaa muovin ja sopii jopa syötäväksi

Uusi biomateriaali voisi korvata esimerkiksi styroksin ja kuplamuovin. Materiaalin kehitystä vauhditetaan tekoälyn avulla.
Because of its lightness, its heat insulation properties, and its strength, the foam material can also be used for insulation in buildings if it is both resistant to humidity and fire safe. Picture: Mikko Raskinen.
Keveytensä, lämmöneristävyytensä ja lujuutensa ansiosta vaahtomateriaali soveltuu myös rakennuseristeisiin, jos se on kosteudenkestävyyden lisäksi myös paloturvallista. Kuva: Mikko Raskinen.

Aalto-yliopiston tutkijat kehittävät Älyä vaahtoihin -tutkimushankkeessa puupohjaisia vaahtomateriaaleja tekoälyn avulla. Hanke sai rahoituksen vaahtojen tutkimukseen Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiöltä ja Jane ja Aatos Erkon säätiöltä sekä vaahtoinnovaation kaupallistamiseen Business Finlandilta. Hankkeiden yhteisbudjetti on vajaa miljoona euroa.

Tutkimusryhmä on tehnyt vaahtotutkimusta jo noin kymmenen vuoden ajan. Viime vuosina tutkijat ovat kiinnostuneet muovien korvaamisesta puupohjaisilla materiaaleilla, koska solurakenteensa vuoksi ne ovat lujia ja eristävät lämpöä.

”Hanke perustuu biomimetiikkaan, jossa jäljitellään luonnon ilmiöitä. Pyrimme tekoälyn avulla kehittämään vaahtoa, jolla on puun kaltaisia ominaisuuksia, kuten lujuus, joustavuus ja lämmönkestävyys”, sanoo professori Mikko Alava.

Säätiöiden rahoittamassa hankkeessa tutkijat pyrkivät optimoimaan vaahdon ominaisuuksia. Esimerkiksi ligniinin, puukuidun ja laponiitin eli nanosaven seoksesta voi syntyä iskunkestävä ja kosteutta kestävä vaahto, jota voidaan käyttää muovin tilalla. Ligniini on puukuitujen sidosaine ja kuivattuna vaahtona kova, vettä kestävä ja jopa sähköä johtava.

”Perinteinen materiaalikehitys on hidasta ja arvaamatonta, ja uusia materiaaleja on voinut syntyä jopa vahingossa, kuten Teflonin tapauksessa. Tässä projektissa hyödynnämme koneoppimista, jonka avulla voimme karsia turhat materiaaliyhdistelmät ja prosessit kehityksen ulkopuolelle ja täten nopeuttaa kehitystyötä huomattavasti”, sanoo tutkijatohtori Juha Koivisto.

Vaahtoja voidaan myös valmistaa eri tekniikoilla. Rainauksella eli paperinvalmistustekniikalla syntyy juuri halutun paksuista materiaalia, mutta märän vaahdon kuivaaminen on hidasta. Pursottamalla tai 3D-tulostamalla saadaan puolestaan kovia pitkulaisia kuplia, jotka tekevät rakenteesta sauvamaisen ja vahvan.

”Tekoäly ehdottaa aiemman datan perusteella, miten voimme lisätä materiaaliin haluamamme ominaisuuden pienimmällä vaivalla”, Koivisto sanoo.

Juha Koivisto measures the wood foam’s strength. Picture: Mikko Raskinen.
Juha Koivisto tekee lujuuskoetta puuvaahdolle. Kuva: Mikko Raskinen.

Kevyttä ja syötävää

Business Finlandin rahoituksella tutkijat etsivät uudelle materiaalille kaupallisia sovelluksia ja markkinoita.

”Kaupallistaminen ja esimerkiksi styroksin ja kuplamuovin korvaaminen pakkausmateriaaleissa edellyttää, että biopohjainen materiaali on aidosti biohajoavaa, edullista ja sitä voidaan tuottaa tonnikaupalla. Joissain käyttötarkoituksissa sen tulee myös kestää kosteutta”, kertoo Alava.

Keveytensä, lämmöneristävyytensä ja lujuutensa ansiosta vaahtomateriaali soveltuu rakennuseristeisiin, jos se on kosteudenkestävyyden lisäksi myös paloturvallista. Tutkimusta jatketaan tältä osin. Vaahtomateriaali muistuttaa paljon esimerkiksi korkkia, ja on samalla niitä monta kymmentä kertaa kevyempää.

”Kuitua voidaan valmistaa myös muista materiaaleista, esimerkiksi hiilestä. Kuidun geometria on materiaalissa olennainen, ja siksi geometrian avulla voidaan muokata valmistettavan materiaalin ominaisuuksia. Tikkumaisista kuiduista tulee parempaa vaahtoa kuin jauhemaisesta materiaalista. Materiaalioptimoinnin tavoitteena on tehdä erittäin lujaa ja kevyttä materiaalia, joka on samalla ympäristöystävällistä”, tutkijatohtori Antti Puisto sanoo.

”Erikoisinta vaahdossa on se, että se on syötävää. Menetelmän avulla voidaan valmistaa esimerkiksi porkkana-, puolukka-, karpalo- tai punajuurijauheesta vaahtoa ja siitä lastuja, jotka ovat kuin sipsejä”, sanoo Koivisto.

Tutkimusryhmällä on laaja osaaminen metsäpohjaisista materiaaleista, vaahdoista ja tekoälyn käytöstä materiaalitutkimuksessa. Muotoilusta ja pakkaussuunnittelusta vastaa Creative Sustainability -ohjelmasta valmistunut taiteen maisteri Luisa Jannuzzi, joka on tutkinut selluloosapohjaisten materiaalien käyttöä pakkausmateriaalina.

"Biopohjainen pakkausmateriaali hajoaa luonnollisesti ja sen voi laittaa kartonkikeräykseen", Jannuzzi sanoo.

Älyä vaahtoihin -tutkimushankkeen taustalla on Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen CSM-ryhmä (Complex Systems and Materials), joka on mukana FinnCERESissä, Aalto-yliopiston ja VTT:n yhteisessä materiaalien biotalouden osaamiskeskuksessa. FinnCERESin tavoitteena on kehittää puuraaka-aineesta biotalouden materiaaleja varmistaen samalla edellytykset kestävään, ympäristöä säästävään tulevaisuuteen. Lisätietoja osaamiskeskuksen sivuilta.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

KQCircuits Chip Design. Picture: IQM.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Uusi, ilmainen ohjelmistotyökalu vauhdittaa kvanttitietokoneiden kehittämistä

IQM Quantum Computers julkisti tänään yhdessä Aalto-yliopiston kanssa kehitetyn avoimen lähdekoodin ohjelmistotyökalun, joka automatisoi kvanttiprosessorien suunnittelun.
Tree on lawn
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat: Viherrakentaminen on hiilinielu – mutta sen teholle ei ole kunnon mittareita

Rakentamisesta tutut ympäristöselosteet eivät toimi, kun arvioidaan kasvien ja maaperän kykyä sitoa hiiltä.
Etäläsnäolorobotin toimivuutta testattiin projektin aikana eri kohteissa ja palaute oli positiivista. Kuva: VTT
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat: Palvelurobotiikka on osa hoitajien työtä kymmenen vuoden kuluttua

Kuusivuotisessa ROSE-hankkeessa testattiin muun muassa etäläsnäolorobotteja ja hoitajien voimaliivejä. Kokemukset olivat positiivisia, mutta robotiikan tekninen kehitys ei ole vielä kaikilta osin vaadittavalla tasolla. Hanke on julkaissut tiekartan hoivarobotiikan kestävään laajamittaiseen hyödyntämiseen.
 Äänen viivettä on tutkittu Suomen hiljaisimmassa huoneessa Otaniemessä sijaitsevassa kaiuttomassa huoneessa.  Kuva: Aalto-yliopisto / Mikko Raskinen
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ihmiskorva erottaa jopa puolen millisekunnin viiveen

Tutkijat selvittivät, millaisia aikaeroja ihmiskorva pystyy havaitsemaan äänen eri taajuuksien saapumisessa.