Laukaisu on lykkääntynyt moottorin virhesytytyksen vuoksi.

Hollantilaisen Delftin teknillisen yliopiston opiskelijaryhmä DARE koittaa tehdä tänään eurooppalaisten amatöörirakettien korkeusennätyksen: heidän Stratos II -rakettinsa tähtäimessä on 50 kilometrin korkeus. Vähintään.

Yhdessä espanjalaisten kanssa tehty hybridiraketti on uusi versio aiemmin 12,5 kilometrin korkeuteen nousseesta Stratos I -raketista, ja ryhmän aikomuksena on nousta vielä "oikeasti" avaruuteen, yli sadan kilometrin korkeuteen.

Stratos II on seitsemän metriä pitkä yksivaiheinen raketti, jonka moottorina on DHX-200 Aurora -niminen hybridirakettimoottori. Se käyttää hapettimenaan dityppioksidia (eli ilokaasua) ja polttoaineenaan parafiinin, sorbitolin ja alumiinin sekoitusta. Moottorin impulssi on 200 kNs, kun sen potku lasketaan koko noin 30 sekunnin toiminta-ajalle.

Raketin nokassa on kaksi laskuvarjoa, joista ensimmäinen pieni varjo auttaa vakauttamaan raketin asennon yliäänen nopeudella tapahtuvan putoamisen aikana ja toinen, varsinainen päävarjo, avautuu vasta noin 2-3 kilometrin korkeudessa.

Stratos II:n laukaisu oli tarkoitus tehdä jo eilen 1. lokakuuta, mutta epäsuotuisten tuulien vuoksi laukaisua lykättiin ensin torstaihin ja sitten teknisten syiden vuoksi perjantaihin. Ellei rakettia saada matkaan perjantaina, pitää laukaisua yrittää joskus toiste. 

Suoraa lähetystä Espanjassa sijaitsevalta laukaisupaikalta voi seurata alla.

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.

Miltä tuntuisi olla yksin taidemuseossa yöllä?

Juuri parhaillaan on Tate-museossa Lontoossa meneillään jännittävä projekti, missä tätä voi käydä kokemassa – tosin robotin kautta. Yleisö voi ohjata yöllä netin kautta robotteja museossa ja käydä katselemassa haluamiaan teoksia ja paikkoja.

Kyseessä on idea, jolla The Workers -suunnittelutoimisto osallistui kilpailuun, jonka tarkoituksena oli keksiä uusia tapoja hyödyntää uutta digitekniikkaa museokokemuksen parantamiseen. Kilpailuun tuli monia ideoita, joista monet otettiin tarkempaan suunnitteluun, mutta monet myös hylättiin liian hankalina tai kalliina. Tate Median luova johtaja Jane Burton päätti kuitenkin selata vielä kerran hylättyjä ehdotuksia, ja hän ihastui ajatukseen museossa yöllä vaeltavista roboteista.

Projektitiimin jäsenen David di Ducan mukaan lähtökohtana robottien ideoinnissa oli ainainen haave siitä, että pääsisi katsomaan museota yöllä, jolloin se on aivan erilainen paikka kuin päivällä. Kulkeminen yksin autiossa, pimeässä museossa on varmasti monen muunkin haaveena.

Ideaa ei toteutettu ihan alkuperäisenä, mutta kevytversionakin se on upea: viiden yön ajan elokuun 13. päivästä alkaen museon nettisivuilta on voitu ohjata robotteja ja käydä katselemassa museota sekä sen teoksia.

Tai ei aivan koko museota, sillä robotit eivät pääse kulkemaan portaissa, minkä vuoksi ne liikkuvat ainoastaan museon päägallerioissa. Niissä on lisäksi turvalaitteet, jotka estävät niitä törmäämästä toisiinsa, seiniin tai arvokkaisiin taideteoksiin.

Robotteja on neljä ja kukin niistä toimii klo 22 alkaen kolmeen saakka (Lontoon aikaa) yöllä akkujen voimalla. Ne pystyvät liikkumaan joka suuntaan vapaasti ja niiden "päässä" on kaksi pystysuunnassa kääntyvää kameraa sekä LED-valot. Joka neljäs minuutti uusi henkilö pääsee ohjaimiin, kun toimintaa hallitseva systeemi valitsee netistä uudet käyttäjät.

Robotteja voi käydä ohjaamassa (tai yrittämässä ohjata, sillä ne ovat hyvin suosittuja) vielä parin yön ajan klo 24-05 Suomen aikaa yöllä osoitteessa afterdark.tate.org.uk. Testasimme tätä ja idea paitsi toimii, niin on myös kerrassaan maaginen. Mikä suomalainen museo tekisi myös tällaisen?

Tämä kuva maailman, Euroopan ja Saksan sähköntuotannon vaatimasta aurinkopaneelipinta-alasta on levinnyt viime päivinä netissä, ja monet ovat ihmetelleet olisiko tämä totta laisinkaan. Voitaisiinko tosiaankin koko maailman energiantuotanto kattaa pienellä pläntillä aurinkopaneeleita autiomaassa?

Vastaus löytyy tutkimuksesta, mistä kuva on napattu. Kyseessä on Nadine Mayn jo vuonna 2005 Braunschweigin teknillisessä yliopistossa tekemä tutkimus “Eco-balance of a Solar Electricity Transmission from North Africa to Europe”, missä on laskettu kuinka paljon aurinkopaneelipinta-alaa esimerkiksi Saksan kaipaaman sähkövirran tuottaminen Saharassa vaatisi.

Tulos on kuvan osoittama, tosin ongelmana ei ole niinkään sähkön tuottaminen, vaan sen siirtäminen. Hävikki pitkissä siirtolinjoissa on kohtalainen ja tuhansien kilometrien mittaisten, supertehokkaiden kaapeleiden vetäminen on teknisesti haastavaa ja kallista. Lisäksi ympäristön kannalta vähemmän optimaalista.

Tutkimuksessa keskityttiinkin juuri tähän ongelmaan, ja tulos kaikkien laskujen jälkeen oli selvä: sähkön tuottaminen Pohjois-Afrikassa aurinkopaneeleilla ja sen siirtäminen Eurooppaan olisi mahdollista ja jopa taloudellista.

Kuva ei kuitenkaan ole enää täysin relevantti, koska luvut laskettiin liki kymmenen vuotta sitten olleella aurinkopaneelitekniikalla. Nykyisin vastaava sähköntuotto voitaisiin toteuttaa jopa pienemmillä pinta-aloilla.

Parantunut hyötysuhde tekee myös aurinkosähköstä taloudellisen vaihtoehdon alueilla, missä Aurinko paistaa vähemmän kuin Saharassa. Niinpä Saksassa lyötiin eräänlainen ennätys 9. kesäkuuta, kun puolet koko maan tarvitsemasta sähköenergiasta tuotettiin valosähköisesti aurinkopaneeleilla. Tuolloin keskipäivällä valosta saatiin 23,1 gigawattia tunnissa sähköä, minä oli 50,6% kaikesta tuona hetkenä tuotetusta sähköstä.

Ennätys oli mahdollinen siksi, että 9. kesäkuuta oli vapaapäivä, jolloin sähköntarve oli normaalipäivää pienempi. Se kuitenkin osoittaa erittäin konkreettisesti, että vaihtoehtoiset sähköntuotantomenetelmät eivät ole enää pelkkää haihattelua. Ja myös sen, että aurinkosähköä ei tarvitse siirtää Saharasta pitkien voimalinjojen avulla, vaan sitä voidaan tuottaa suuria määriä paikallisesti – myös maissa, joissa Aurinko ei paista mitenkään erityisen paljon.

Niitä on nykyisin joka puolella, isompia ja pienempiä: litiumpolymeeriakkuja.

Kun känny räjähtää, Tesla-sähköauto syttyi tuleen tai Boeingin uudet Dreamlinerit pysyivät maassa kuukausikaupalla, oli syypää akkutekniikka. Tarkemmin sanottuma akku, joka ylikuumeni ja leimahti liekkeihin. Litiumiin perustuvalla akkutekniikalla on ikävä taipumus syttyä tuleen, jos lataamisessa menee jokin vikaan. Siksi litiumioniakut tarvitsevat lähes elektroniikkaa, joka valvoo jatkuvasti akuston kennojen jännitettä ja lämpötilaa sekä tasaa kennojen varausta. 

Nyt Pohjois-Carolinan yliopiston Chapel Hillin kampuksen tutkijan Joseph DeSimonen vetämä tutkimusryhmä on keksinyt uudenlaisen polymeerin, mikä kesyttää akkupalot. Ainakin toivottavasti. Keksintö on periaatteessa yksinkertainen, mutta käytännössä vaikea temppu korvata akkujen etästabiilit ja siksi paloherkät aineet rauhallisesti käyttäytyvällä polymeerillä.

Suurin osa nyt käytössä olevista litiumioniakuista on jo polymeeriakkuja. Niissä litium on polymeerissä orgaanisen liuottimen sijaan. Verrattuna aikaisempiin litiumioniakkuihin polymeeriakut ovat helposti muotoiltavissa, ne ovat lujempia ja edullisempiua valmistaa.

Kummassakin tapauksessa akun toiminta perustuu siihen, että akun positiivinen elektrodi (katodi) on valmistettu litiumoksidista ja negatiivinen (anodi) grafiitista tai muusta hiilipohjaisesta aineesta. Kun akku latautuu, litiumionit kulkevat anodista katodiin, ja varauksen purkautuessa liikenne on toiseen suuntaan. Ioniliikenne tapahtuu akun sisällä elektrolyyttiaineessa. Yleisesti elektrolyyttinä käytetty aine on dimetyylikarbonaatti, joka on hyvin ionirikasta ja sopii tehtävään erinomaisesti, paitsi että sillä on yksi ikävä ominaisuus: se on hyvin paloherkkää jopa huoneenlämmössä.

Metailleista kaikkein kevyimmällä litiumilla on suurin sähkökemiallinen jännite ja siksi sen energiatiheys on suuri, mutta myös se on kemiallisesti erittäin reaktiivinen. Litium siis reagoi voimakkaasti muiden aineiden kanssa – eli syttyy helposti tuleen. Yhdessä paloherkän elektrolyytin kanssa se on tehokas, mutta ei kovin mielekäs kumppani. Hyvien ominaisuuksien vuoksi niiden kanssa on pitänyt vain osata tulla toimeen.

Pienissä akuissa käytetään pieniä määriä ja lataukset ovat hyvin pieniä, joten paloherkkyys ei ole ongelma. Sen sijaan suurempia varausmääriä ja tehoja käytettäessä, siis esimerkiksi autoissa (kuten Tesla) ja lentokoneissa (kuten Dreamliner), paloherkkyys on otettava huomioon. Olennaisinta on valvoa koko ajan akun latausta ja toimintaa, ja katkaista lataus, jos lämpötila alkaa nousta.

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.

Laserilla on voitu jo pitkään piirtää kiiteälle pinnalle, ja mikäli laseria on käännetty hyvin tehokkaaksi, voidaan valolla myös leikata ja muovata kiinteitä kappaleita. Laser-piirtämisessä olennaista on ollut valoherkkä pinta, mitä sopivasti laserilla valottamalla pystytään tekemään monimutkaisiakin kuvioita esimerkiksi muovipinnalle.

Nyt piirtäminen onnistuu myös nesteeseen – kiitos Helsingin yliopiston kemian laitoksen tutkijoiden, jotka ovat keksineet tavan tehdä kuvioita alkoholipohjaiseen nesteeseen laservalon avulla.

Tällä on runsaasti sovelluskohteita mm. optiikan ja elektroniikan uusia materiaaleja kehitettäessä. Modernissa materiaalitieteessä etenkin optoelektroniikan materiaalit, biomateriaalit, älykkäät polymeerit ja niistä tehdyt pinnoitteet ovat hyvin kiinnostavia tutkimusalueita, koska niiden merkitys etenkin elektroniikka- ja sähkölaitteiden valmistuksessa on hyvin suuri.

Helsingin yliopiston kemian laitoksella valmistettiin valokemiallisesti aktiivisia polymeerejä, jotka voitiin liuottaa veteen tai esimerkiksi alkoholeihin. Valo sai aikaan sen, että polymeeri liukeni ja samea neste kirkastui. Näin piirretty kuva erottui useiden tuntien ajaksi, muun muassa nesteen väkevyydestä riippuen.

Valoon reagoivan ja nesteeseen liukenevan uuden polymeerin valmisti tohtorikoulutettava Szymon Wiktorowicz polymeerikemian laboratoriosta, jossa toimii Funktionaalisten materiaalien huippututkimusyksikkö.

Tutkimuksessa osoitettiin laserilla sakeaan nesteeseen, johon uusi polymeeri ei ollut kunnolla liuennut, jolloin polymeerit ottivat niin sanotun cis-muodon. Kyseessä on valon avulla esiin piirtyvä ja kirkkaana seoksesta erottuva polymeerin liukoinen muoto.

Tutkimus raportoitiin alan merkittävässä kansainvälisessä Macromolecules-julkaisussa
2013, 46 (15), pp 6209–6216, Using Light To Tune Thermo-Responsive Behavior and Host–Guest Interactions in Tegylated Poly(azocalix[4]arene)s, DOI: 10.1021/ma4011457

Juttu perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen ja alla on aiheeseen liittyvä yliopiston tuottama video.