Tutkijatohtori Lide Yao teki tutkimuksen Aalto-yliopiston Nanomikroskopiakeskuksessa, joka on materiaalien nanokarakterisaation keskus Suomessa ja osa kansallista OtaNano-tutkimusinfrastruktuuria. Kuva Mikko Raskinen.

”Läpäisyelektronimikroskoopissa elektronisäde läpäisee hyvin ohuen näytteen", kertoo tutkijatohtori Lide Yao teknillisen fysiikan laitokselta. 

"Erilaiset ilmaisimet keräävät elektronit näytteen läpäisyn jälkeen, ja niistä saadaan yksityiskohtaista tietoa materiaalin atomirakenteesta ja koostumuksesta. Tekniikka on erittäin tehokas nanomateriaalin karakterisoinnissa, mutta jos sitä käytetään tavanomaiseen tapaan, sillä ei voi muokata materiaalia aktiivisesti mikroskoopin sisällä. Käytimme tutkimuksessamme erityistä näytepidintä, jossa on pietso-ohjattu metallinen näytteenotin sähköisen nanokontaktin aikaansaamiseksi. Tämän in situ –tekniikan avulla pystyimme lyhyitä jännitepulsseja käyttämällä hallitsemaan happi-ionien vaellusta näytteessä."

Tutkimusten mukaan happi-ionien vaeltaminen pois kontaktin läheltä johti äkilliseen muutokseen oksidin hilarakenteessa sekä sähkövastuksen kasvuun. Jännitteen napaisuuden vaihto palautti alkuperäiset ominaisuudet täydellisesti.

Tohtorikoulutettava Sampo Inkisen tekemät sähkötermiset simulaatiot osoittivat, että sähkövirran aiheuttaman näytteen lämpenemisen ja sähkökentän ohjaaman ionien liikkeen yhdistelmä aiheutti vaihto-ominaisuuden.

Ionotroninen periaate soveltuu useiden materiaalin ominaisuuksien muokkaamiseen

”Tässä tutkimuksessa tutkittu materiaali on kompleksioksidi", sanoo professori Sebastiaan van Dijken.  

"Kompleksioksideissa voi esiintyä useita mielenkiintoisia fyysisiä ominaisuuksia, kuten magnetismia, ferrosähköisyyttä ja suprajohtavuutta. Nämä ominaisuudet vaihtelevat materiaalin hapetustilan mukaan. Happi-ionien jännitteellä aikaansaatu vaeltaminen muuttaa hapetustilaa ja aiheuttaa voimakkaita vasteita materiaalissa. Olemme osoittaneet suoran korrelaation happipitoisuuden, kiderakenteen ja sähkövastuksen välillä, ja samaa ionotronista periaatetta voisi hyödyntää muiden materiaalin ominaisuuksien hallitsemisessa.”

”Tässä tutkimuksessa käytimme erityistä näytteenpidintä, jonka avulla pystyimme suorittamaan yhtäaikaisia mittauksia atomirakenteesta ja sähkövastuksesta", jatkaa Yao.

"Kehitämme parhaillaan täysin uutta ja ainutlaatuista näytteenpidintä, jonka avulla TEM-mittauksia voisi suorittaa samalla kun näytettä säteilytetään voimakkaalla valolla. Aiomme tulevaisuudessa tutkia atomitason prosesseja perovskiitti-aurinkokennoissa ja muissa optoelektronisissa materiaaleissa tällä kokoonpanolla.”

Tutkimustulokset julkaistiin uusimmassa Nature Communications -julkaisussa (DOI: 10.1038/NCOMMS14544). 

In situ -TEM-tutkimus tehtiin Aalto-yliopiston Nanomikroskopiakeskuksessa, joka on materiaalien nanokarakterisaation keskus Suomessa ja osa kansallista OtaNano-tutkimusinfrastruktuuria. 

Juttu on perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen.

Tason kolme autonomisen auton ajaja voisi esimerkiksi lukea lehteä matkan aikana, mutta hänen pitäisi olla valmiina ajamaan koska tahansa.

Ford ehdottaakin nyt, että taso kolme itse asiassa jätettäisiin tekemättä kokonaan, koska kuljettajan pitäisi joko olla aktiivinen koko ajan tai ei lainkaan. Se, että hän joutuisi yllättäen ajamaan, on vaarallista. 

Autonvalmistajat voisivat siten siirtyä suoraan tasoon neljä, missä auto on täysin automaattinen – paitsi erittäin huonossa säässä, jolloin ajaja joutuisi ohjaamaan. Ohjaimet tosin voisivat olla ratin ja polkimien sijaan joystick, joka otetaan tarvittaessa esiin.

Viidennen tason autoissa ihminen on pelkkä matkustaja. Kyyditettävät vain osoittavat minne haluavat mennä, ja auto vie perille. 

Muun muassa BMW, Audi ja Mercedes-Benz ovat tuomassa markkinoille pian tason kolme autoja, joissa tukalan tilanteen sattuessa auto siirtää ajamisvastuun kuljettajalle. Jos hän ei reagoi kymmenessä sekunnissa, auto pysähtyy itsekseen. Vaaratilanteissa auto toki painaa jarrua itse ja tekee ohjausliikkeitä, joilla se pyrkii välttämään esimerkiksi kolarin. 

Nissanin ja Hondan tulevissa autoissa varoaika on 30 sekuntia.

Jo ennen Fordia on Volvo ilmoittanut vastustavansa kolmostason autojen tekemistä, koska heidän tutkimustensa mukaan myös nämä autot saavat aikaan enemmän vahinkoa kuin ovat hyödyllisiä. Ohjaimien pitäminen mukana olisikin enemmän psykologiaa kuin todellista turvallisuutta.

Otsikkokuvassa on Fordin autonominen auto testattavana lumisissa olosuhteissa viime vuoden tammikuussa.

Joutavatko loputkin koneet museoon?

Vaikka A380 on hiljainen, mukava ja matkustajapaikkaa kohden laskettuna edullinen kone, on sen myynti on ollut viime vuosina hyvin heikkoa. Vuoden 2015 jälkeen koneita ei ole myyty uusia yhtään, mutta Airbusilla on vielä satakunta konetta tehtävänään olemassa olevista tilauksista. 

Viime vuonna koneita valmistui 28 kappaletta ja tälle vuodelle suunnitellaan jotakuinkin samaa määrää.

Koneen heikolle myynnille on kaksi syytä. Ensimmäinen on se, että lentoyhtiöiden kiinnostus on kohdistunut viime aikoina uuden sukupolven pienempiin koneisiin, joiden käyttökustannukset ovat sen verran edullisemmat, että ne pääsevät samaan hintatasoon matkustajaa kohden kuin A380.

Samalla koneet ovat monikäyttöisempiä ja niillä kannattaa lentää pienempien kaupunkien välillä. Suuri A380 on omiaan ennen kaikkea suurien miljoonakaupunkien välisessä liikenteessä.

Tällaisia koneita ovat Airbusin oma A350 ja Boeingin 787 Dreamliner. Niiden myynti onkin ollut huimaa ja trendi onkin kohti näillä koneilla tehtäviä "pitkiä ja ohuita" linjoja. Pienemmällä koneella voidaan myös suurkaupunkien välillä lentää kaksi lentoa eri aikoihin sen sijaan että isolla tehtäisiin vain yksi lento.

Toinen syy A380:n vähäiseen kiinnostukseen on se, että mahdollisesti koneiden ostamisesta kiinnostuneet yhtiöt odottavat siitä uutta versiota, mihin olisi asennettu nykyaikaisemmat moottorit. 

A380 osuu suihkumoottorien kehityksessä juuri hankalaan aikaan, sillä heti sen tekemisen jälkeen tuli markkinoille uusia, pihimpiä ja parempia moottoreita. Jos näistä tehtäisiin A380:n siipien alle sopivat versiot ja Airbus päättäisi asentaa moottorin koneeseensa, tulisi siitä olennaisesti nykyistä parempi.

Myös A380:n rungosta saisi nykytekniikalla paljon paremman. 

Airbus ei kuitenkaan ole halunnut toistaiseksi tehdä tätä A380neo -nimen saanutta versiota, koska se on keskittänyt resurssinsa A350:n tekemiseen ja A330:n sekä A320-perheen uusilla moottoreilla varustettujen koneiden saamiseen liikenteeseen.

On myös kyseenalaista, maksaisiko A380:n kallis uudeelleenmoottorointi itseään takaisin.

Aivan vielä ei ilmojen jättiläinen kuitenkaan taivaalta katoa, sillä ympäri maailman on näitä liikenteessä yli 200 kappaletta. Vaikka Suomessa koneita ei kentillä juurikaan näy, ne ovat tuttu näky Suomen päältä kulkevilla ilmalinjoilla – koneet pystyy usein erottamaan paljain silminkin, kun ne kiitävät matkalentokorkeudessaan.

Suuren kaistanleveyden ansiosta järjestelmä yltää jopa useiden gigabittien sekuntinopeuksiin. Uudet 5G-radiot supistavat lisäksi viiveen päätelaitteen ja tukiaseman välillä muutamaan millisekuntiin, mikä mahdollistaa uudet teknologiset ratkaisut.

Jatkossa testiverkkohankkeen painopiste on siirtymässä 5G-teknologian ja sen mahdollistamien palveluiden tutkimiseen, kehittämiseen ja kokeilemiseen mahdollisimman todenmukaisessa ympäristössä.

5G-demoradiot yhdessä 5G-testiverkon kanssa toimivat tutkijoille ja yhteistyökumppaneille testiympäristönä, joka tarjoaa suuren datanopeuden ja lyhyen viiveen. Tämän ansiosta tutkijat ja palvelunkehittäjät voivat kehittää entistä vaativampia langattomia sovelluksia.

Oulun lisäksi 5G-tekniikkaa ja sen käyttöä tutkitaan voimakkaasti myös mm. Otaniemessä ja Tampereella.

Aeron Ju 52 -koneet palvelivat 1930-luvulta 1940-luvulle. Ne näkivät lentoliikenteen siirtymän vesilentosatamista maakentille, ja liikennöivät läpi raskaiden ja vaarallisten sotavuosien.

Välirauhan aikana, kesällä 1940, konetyyppi oli osallisena kenties suomalaisen lentoliikenteen historian dramaattisimmassa välikohtauksessa. Tallinnasta Helsinkiin palaamassa ollut OH-ALL ”Kaleva” joutui kahden neuvostopommikoneen alasampumaksi.

Ju 52 oli käytössä luonnollisesti myös Toisessa maailmansodassa ja se onkin tuttu näky monissa tuon ajan sotaelokuvissa. Niitä käytettiin paitsi kuljetuskoneina, niin myös pommikoneina. 

Koneita oli sotilaskäytössä pitkään maailmansodan jälkeenkin, ja myös lentoyhtiöt käyttivät koneita aina uudempien, parempien mallien tuloon saakka.

Suomessa viimeinen Junkers poistui liikenteestä vuonna 1949. Kaikkiaan Aerolla oli käytössään viisi Ju 52 -konetta. Ne korvattiin Yhdysvaltojen armeijalta hankituilla Douglas DC-3 -koneilla.

Junkers tulee taas!

Maailmassa on enää kahdeksan lentävää Junkers Ju 52 -matkustajakonetta, joista yksi on tulossa Suomeen ensi kesäkuussa.

Suomen Ilmailumuseo on tehnyt alustavan varauksen sveitsiläisen JU-AIRin 1930-luvun Junkers Ju 52/3m -matkustajalentokoneen tuomiseksi Kaivopuiston lentonäytökseen.

Matka rahoitetaan myymällä lippuja koneen siirtolennolle Zürichistä Berliinin ja Tukholman kautta Helsinkiin ja takaisin.

Paperi koostuu toisiinsa sitoutuneista paperikuiduista. Yksittäisten kuitujen ja niiden muodostamien sidosten perusominaisuudet, kuten taipuisuus ja vetolujuus, määrittävät suuren osan valmiin paperin ominaisuuksista.

"Kuitutason mittausten tekeminen on kuitenkin hidasta ja haastavaa, sillä se edellyttää mikroskooppisten kuitujen käsittelyä ja kiinnittämistä mittalaitteistoon", kertoo Hirvonen.

Paperikuitututkimuksen avuksi tulee mikrorobotiikka. Mikrorobotiikka tarkoittaa pienen mittakaavan robotiikkaa, jossa toimilaitteet kykenevät käsittelemään kokoluokaltaan alle millimetrin osia. Sillä on lukuisia sovelluksia pienikokoisten laitteiden kokoonpanossa, nanomateriaalien käsittelyssä ja solututkimuksessa.

Nyt TTY:n mikro- ja nanosysteemitekniikan tutkimusryhmä, johon Hirvonen kuuluu, on osoittanut mikrorobotiikan käyttökelpoisuuden myös paperikuitututkimuksessa.

Tyypilliseen mikrorobotiikkajärjestelmään kuuluu osien käsittelyyn suunnattuja laitteita, kuten motorisoituja pinsettejä muistuttavia tarraimia, sekä motorisoitu näytetaso, jolla osat tuodaan toimilaitteiden toiminta-alueelle.

Lisäksi on yksi tai useampi mikroskooppiin liitetty kamera, joka välittää videokuvaa toimenpiteestä.

"Ryhmän kehittämän laitteiston avulla on pystytty mittaamaan yksittäisten kuitujen taipuisuutta sekä yksittäisten kuitusidosten sidoslujuutta. Mittausten tekeminen on tosin edelleen haastavaa, ja yksittäiset kokeet vievät kokeneeltakin käyttäjältä useita tunteja."

Laitteiston automatisointi onkin osoittautunut välttämättömäksi. Pieniin teollisesti valmistettuihin osiin verrattuna luonnonkuidut ovat kuitenkin hankalia käsitellä. Siinä missä teollisesti valmistettujen osien muoto ja mitat ovat työskentelyn avuksi tiedossa etukäteen, luonnonkuitujen muoto ja mitat vaihtelevat suuresti ja ennalta arvaamattomasti.  

Hirvosen kehittämien konenäkömenetelmien avulla voidaan selvittää automaattisesti kuitujen 2D- tai 3D-geometria ja laskea niistä sopivat tarraamiskohdat.

"Menetelmien avulla voitiin käsitellä automaattisesti yksittäisiä paperikuituja sekä rikottiin ensimmäisenä maailmassa automaattisesti kahden paperikuidun muodostamia sidoksia."