Issuu on Google+

VTT

2.2012

LEHTI TIETEESTÄ, TEKNOLOGIASTA JA LIIKETOIMINNASTA

Talous kukoistamaan

TULEVAISUUDESSA SYÖPÄÄ HOIDETAAN YKSILÖLLISESTI

S. 28

ARKTINEN KILPAVARUSTELU ON KÄYNNISTYNYT

S. 60

NUOREKKUUTTA POHJOLAN VILLISTÄ MARJASTA S. 68

TIEDE

VTT tekee tieteellisestä tutkimuksesta kannattavaa liiketoimintaa. Lehden tämä osio kertoo, miten monialainen tutkimus johtaa innovaatioihin (s.20–40)


PÄ Ä K I R J O I T U S

Kestävä talouskasvu luo edellytykset työlle ja hyvinvoinnille Suomi on jo pitkään elänyt ulkomaankaupasta, mutta maailmantalouden murros on tehnyt globaaleilla markkinoilla menestymisestä entistä tärkeämpää suomalaisille yrityksille ja koko Suomelle. Suomalaisyritykset elävät tänään maailman markkinoiden paineessa, jossa ei enää pärjää tekemällä laatutuotteita paljon ja halvalla. Avoimet markkinat ja talouden sääntelyn vähentäminen ovat muuttaneet täysin yritysten toimintaympäristön sitten 1980-luvun. Myös kansantaloutemme rakenne on muuttunut. Maamme hyvinvointi ja menestys ovat ratkaisevasti kiinni viennin vetämisestä, sillä viennistä tulee lähes 40 prosenttia kokonaistuotannostamme. Vientimarkkinoilla pärjäävät vain hyvät, terveet ja kilpailukykyiset yritykset. Taloudessa ja samalla politiikassa tarvitaankin nyt taitoa ja päätöksiä, jotka kannustavat yrittäjyyteen sekä parantavat yritystoiminnan edellytyksiä ja lisäävät tätä kautta työpaikkojen määrää. Pienet ja keskisuuret yritykset ovat avainroolissa, kun haetaan kasvua ja Suomen tulevan menestyksen tekijöitä. Uskon, että tulevaisuuden pk-yritykset menestyvät silloin, kun niiden toiminnan perustana on markkina- ja kasvuhakuisuus, uusi teknologia, korkea jalostusaste ja radikaalit palveluinnovaatiot. Näin syntyy menestystuotteita vientimarkkinoillemme ja menestystarinoita suomalaisyrityksistä maailmalla – ja tämän seurauksena työtä ja hyvinvointia Suomeen. Suomessa on EU:n korkein peruskoulutustaso. Myös sitä pitää hyödyntää. Tärkein pääomamme on lopulta osaaminen. Olemme metsä-, energia-, bio- ja ICT-osaamisessa muita edellä, ja voimme teknologialla vastata maailmanlaajuisiin ilmastonmuutos- ja raaka-ainehaasteisiin sekä synnyttää vientituotteita, joista maailmalla on kysyntää. Suomessa syntyy ja häviää joka vuosi jopa 200 000 työpaikkaa. Meidän on pidettävä huolta siitä, että häviävien työpaikkojen tilalle syntyy enemmän ja korkeamman lisäarvon työpaikkoja yksityiselle sektorille. Ylivoimaisesti suurin osa uusista työpaikoista syntyy pieniin ja keski-

VTT IMPULSSI

Janne Suhonen/Valtioneuvoston kanslia

Jyrki Katainen pääministeri

suuriin yrityksiin. Viimeisen kymmenen vuoden aikana on Euroopan tasolla uusista työpaikoista jopa 85 prosenttia syntynyt juuri pk-yrityksiin. Suomessa olemmekin valinneet linjan, jolla kannustetaan erityisesti suomalaisia kasvuyrityksiä. Konkreettisesti tämä tarkoittaa muun muassa sitä, että kasvuun tähtäävän tuotekehityksen tukemiseksi on päätetty määräaikaisesta verokannustimesta tutkimus- ja kehitystoiminnalle. Lisäksi investointien lisäämiseksi teollisuuden tuotannollisten investointien poisto-oikeus on määräaikaisesti kaksinkertaistettu ja pääomatuloverotuksessa otetaan väliaikaisesti käyttöön kasvuyritykseen tehtävien sijoitusten verokannustin. Juuri nyt tarvitaan Team Finland -henkeä, joka luo tahtotilan ja tähtää kasvuun ja pk-yritysten kilpailukyvyn lisäämiseen. Vienninedistämis- ja kansainvälistymispalveluiden toimijat yhteen kokoava verkostomainen Team Finland tarvitsee julkisen vallan selkänojan, elinkeinoelämän tuen, vahvan taloudellisen pohjan sekä laajan joukon kumppaneita. Tarvitaan muun muassa VTT:n kaltaisia tutkimus- ja kehitysorganisaatioita, jotka voivat tuottaa uusia innovaatioita ja huipputeknologiaan perustuvia ratkaisuja suoraan yritysten hyödynnettäviksi. Vienninedistämisen rinnalla meidän on edistettävä laaja-alaisesti kaikkea toimintaa, joka houkuttelee aiempaa enemmän kansainvälisiä investointeja Suomeen. Koko hyvinvointiyhteiskuntamme perustuu viime kädessä työnteolle. Hyvinvointimme säilyttäminen edellyttää yrittäjyyttä, investointeja ja kestävää talouskasvua. Kestävän kasvun edellytyksenä on, että taloudelliset, yhteiskunnalliset ja ympäristölliset tavoitteet ja toimenpiteet kulkevat käsi kädessä. Jokainen osatekijä vaikuttaa suoraan toiseen, ja tässä ketjussa teknologiaosaamisella on ohittamaton paikkansa. Vain kilpailukykyinen ja terve elinkeinorakenne luo kestävää talouskasvua, jolla ohitamme hitaan talouskasvun vaiheen ja selätämme väestömme ikääntymisen sekä talouden rakennemurroksen tuomat haasteet.

2


VTT Impulssissa nyt

2 Kohtaamisia: Aaro Cantell, Normet 6 Lyhyesti 9 Kolumni 10 Polttopiste 12 Eurooppa ottaa mallia Suomesta EU uskoo tutkimukseen ja innovaatioihin talouskasvun moottorina.

EU-rahoituksen täytyy mennä Euroopan parhaalle tutkimukselle. Robert-Jan Smits, pääjohtaja, Euroopan komission tutkimuksen ja innovoinnin pääosasto s. 12

TIEDE

20 Anturiverkkojen tulevaisuus Antureiden käyttö on monilla aloilla vielä lapsenkengissä. Ennen uuden kehittämistä kannattaa kuitenkin tutkia olemassa olevan teknologian mahdollisuudet. tutkimusprofessori, tekniikan tohtori Heikki Seppä, VTT

28 Tulevaisuuden syöpähoito on yksilöllistä

Syövän diagnostiikkamenetelmien ja hoitomuotojen kehitys vie kohti yksilöllistä hoitoa. Taudin voittaminen kokonaan ei kuitenkaan ole vielä näköpiirissä. johtava tutkija, filosofian tohtori Marko Kallio, VTT

36 Pintojen fysiikkaa uusiksi Nanomittakaavan mittaus- ja mallinnusmenetelmien edistysaskeleista huolimatta eräät pintafysiikan perusilmiöt tunnetaan huonosti. Tarvitaan uudenlaista ajattelua. johtava tutkija, filosofian tohtori Lasse Makkonen, VTT

VTT IMPULSSI

28


T E K N O LO G I A

42 Yrittäjä lämpenee hitaasti mutta varmasti Kärsivällisyys on avu VTT:n asiamiehelle.

44 Säästöjä ja älyä raskaaseen liikenteeseen Raskaat hyötyajoneuvot kurovat kiinni henkilöautojen etumatkaa energiatehokkuudessa.

44

48 Jarru syöpäsoluille Solusiruseulonta valmistelee tietä täsmälääkkeille.

54 Saapasmaasta sulhanen Suomi-neidolle

Suomen ja Italian tutkimusyhteistyö tiivistyy.

Enemmän kuin kahden summa.

58 Otaniemestä ekokampus Kiinteistönomistajien visioissa Otaniemen kampus on päästötön ja energiaomavarainen.

48

60 Arktinen kilpavarustelu on alkanut Ilmaston lämpeneminen kasvattaa arktisen osaamisen kysyntää. Suomella sitä on.

VASTAA LUKIJAKYSELYYN

s. 81 ja voit voittaa Nokian Lumian!

VTT IMPULSSI

60


LI I K E TO I M I N TA

66 Spinno pinnistää miljardimarkkinoille VTT:n siipien suojista ponnistanut TactoTek tavoittelee siivua maailman kosketusteknologiamarkkinoista.

68 Nuorekkuutta Pohjolan villistä marjasta Lumene toi ensimmäisenä kauneudenhoidon markkinoille tuotteen, jossa hyödynnetään pohjoisten marjojen kantasoluviljelyä.

74 Nanosellu markkinakuntoon Nanoselluloosa lupaa houkuttelevia ominaisuuksia lukuisille tuotteille eri teollisuudenaloilla. UPM Biofibrillit -hanke tasoittaa tietä soveltajille.

78 Suomalaista osaamista maailmalle

68

Arctic Machinen koneet auraavat yhä useampia teitä ympäri maailmaa.

70 VTT on Pohjois-Euroopan suurin soveltavaa tutkimusta tekevä organisaatio, joka tuottaa monipuolisia teknologia- ja tutkimuspalveluja sekä kotimaisille että kansainvälisille asiakkailleen, yrityksille ja julkiselle sektorille. Laaja-alaista osaamista yhdistämällä VTT voi auttaa asiakkaitaan ja yhteistyökumppaneitaan luomaan uusia tuotteita, tuotantoprosesseja ja -menetelmiä sekä palveluja ja näin lisätä elinkeinoelämän kansainvälistä kilpailukykyä sekä yhteiskunnan hyvinvointia. Laajan kotimaisen ja kansainvälisen yhteistyön ja verkostoitumisen avulla VTT varmistaa tiedon ja teknologian tehokkaan siirron ja hyödyntämisen.

VTT Facebookissa

Teknologiapainopistealueet Sovellettu materiaalitekniikka Bio- ja kemianprosessit Energia Tieto- ja viestintäteknologiat Teolliset järjestelmät Mikroteknologiat ja elektroniikka Yhteiskunnan teknologiat Liiketoimintatutkimus

VTT Impulssi on VTT:n julkaisu tieteestä, teknologiasta ja liiketoiminnasta. Ilmestyy kaksi kertaa vuodessa suomeksi ja e­nglanniksi. Julkaisija: VTT, Vuorimiehentie 5, Espoo, PL 1000, 02044 VTT. Puhelin 020  722  111. Päätoimittaja: Olli Ernvall, puhelin 020  722 6747. Toimitusneuvosto: Erkki KM Leppävuori, Jouko Suokas, Anne-Christine Ritschkoff, Kari Larjava, Petri Kalliokoski ja Paula Bergqvist. Toimitus: Cocomms Oy. Ulkoasu: MCI Press Oy. Paino: Edita, Helsinki 2012. Tilaukset ja osoitteenmuutokset: paula.bergqvist@vtt.fi. ISSN 1798-0119. Julkaisussa esitetyt mielipiteet ovat haastateltavien esittämiä eivätkä välttämättä vastaa VTT:n kantaa.

VTT IMPULSSI


KOHTAAMISIA | AARO CANTELL

ROHKEUDEN PUUTE on yritysten helmasynti Teksti Marjo Kosonen Kuva Vesa Tyni

N

ykyisessä nopeasti muuttuvassa maailmassa on suurempi riski olla tekemättä mitään, kuin olla liian rohkea”, sanoo Normetin pääomistaja ja yrittäjä Aaro Cantell. ”Yritysjohto yleensä keskittyy manageeraamaan riskejä ja suunnitelmista poikkeamisia, mikä varastaa huomiota kaikkein tärkeimmältä asialta eli bisneksen kehittämiseltä ja uusiutumiselta. Vaarana on paikoilleen jämähtäminen. Uusia mahdollisuuksia on etsittävä ja niihin on tartuttava aktiivisesti ja ennakkoluulottomasti.” Yrittäjä korostaa, että matalan kasvun ja markkina-aseman säilyttämisen tai pienin askelin kiiruhtamisen tie ei riitä. Kaiken aikaa pitäisi hakea esimerkiksi uusia lisäarvoa tuovia tuotteita tai palveluita. 2

Miten tämä sitten toteutuu käytännössä? ”Hyvä keino kannustaa ovat innostavat esimerkit. Esimerkiksi olympiamitalit tietyssä urheilulajissa saavat aikaan piikin lajin harrastajamäärissä. Samoin yritysten onnistumiset ja menestystarinat voisivat näyttää esimerkkiä muille.” Cantell arvelee, että yksi syy riskienhallinnan korostumiseen liiketoiminnassa on corporate governance -ajattelu. Pörssiyhtiöiden hallintotapaa koskevat säännöt korostavat riskien hallinnan ja ennaltaehkäisyn merkitystä. Uusiudu tai kuole

Uusiutuminen ja rohkea kehittäminen ovat välttämättömiä. Cantell viittaa Mikko Kososen ja Yves Dozin ”Nopea strategia” -kirjan ajatukseen. Yritykset eivät yleensä kuole siksi, että ne tekevät vääriä asioita. Ne kuolevat, koska ne ovat jämähtäneet VTT IMPULSSI


”Tarttuva innostus on vahva väkipyörä”, pohtii Aaro Cantell.

Aaro Cantell Aiemmin pääomasijoittajanakin toiminut diplomiinsinööri Aaro Cantell on kasvuyritys Normetin pääomistaja ja hallituksen puheenjohtaja. Cantell toimii myös pörssilistatun it-yhtiön Affecton hallituksen puheenjohtajana ja VTT:n johtokunnan jäsenenä.

VTT IMPULSSI

3


On melkein se ja sama, mennäänkö naapurimaahan vai kauemmas.

toistamaan samaa, menneisyydessä voittoisaksi osoittautunutta kaavaa. ”Paras tapa uusiutua on pysytellä mahdollisimman tiiviissä yhteistyössä ja kumppanuudessa asiakkaan kanssa. Näin voidaan varmistua siitä, että asiakas pysyy tyytyväisenä. Tarjooman kehittämisessä on lähdettävä siitä, miten asiakkaalle voidaan synnyttää uutta lisäarvoa.” Cantell toteaa, että yksinkertaistettuna lisäarvoa voidaan synnyttää kahdella tavalla. Joko tehdään vanhat tuotteet halvemmalla tai kehitetään uusia suuremman lisäarvon tuotteita. Tämän oivaltaminen on mahdollisuus myös Suomelle. ”Halvan tuotannon maana emme pärjää, mutta jatkuvan ketterän kehittämisen ympäristönä voimme menestyä”, Aaro Cantell visioi. Suomella on monen alan huippuosaamista niin yrityksissä kuin julkisissa organisaatioissa, kuten VTT:llä, korkeakouluissa ja Tekesillä. Cantellin mukaan yhteistyö esimerkiksi VTT:n kanssa teknologian ja tuotteiden kehittämisessä voi olla keskeisessä roolissa, kun mietitään, missä maassa yhtiön tuotekehitystä on viisainta tehdä. ”Teknologian kehittäminen on älyttömän tärkeää. Teknologia kehittyy koko ajan ja ulottaa lonkeronsa yhä useammille toimialoille.” Valtiovalta voi auttaa Suomessa tehtävää tuotekehitystä muun muassa kehittämällä verotusta ja varmistamalla, että jatkossakin on olemassa VTT:n ja Tekesin kaltaisia, kansainvälisestikin arvostettuja huipputason instituutioita. Myös riittävää tekniikan alan koulutusta tarvitaan, sillä yritykset tarvitsevat osaavia ihmisiä. 4

”Loppu on yrittäjistä ja yrityksistä itsestään kiinni.” ”Ole maailman paras”

Toimintaansa uudistavaa yritystä Cantell neuvoo valitsemaan liiketoiminta-alueen, jolla on jo vahva ja jolla haluaa olla maailman paras. Suomessa kotimarkkinat ovat pienet ja siksi rajalliset. Tämän vuoksi etenkään suomalaisten yritysten ei kannata tuudittautua siihen luuloon, että vain kotikentällä pelaamalla voisi nousta tähdeksi. Nykyisin markkinat kuin markkinat ovat globaalit, ja haastaja saattaa tulla mistä päin maailmaa tahansa. Cantell toteaa, että fyysinen etäisyys asiakkaasta ei enää nykyään ole ratkaisevaa. ”On mentävä sinne, missä bisnes ja asiakkaat ovat. Kun kerran lentokoneeseen hypätään, on melkein se ja sama, mennäänkö naapurimaahan vai vähän kauemmas.” Tähtäin korkealle

Cantell katsoo, että on omistajien, hallituksen ja johdon tehtävä nostaa tavoitteet riittävän korkealle. ”Hallitus asettaa tavoitteet ja varmistaa, että strategia on oikea. Tarvitaan hyvä porukka ja positiivinen innostus. Kovat tavoitteet ja mahdollisuus kokeilla uusia asioita innostavat ihmisiä aivan erityisellä tavalla – varsinkin, kun niissä onnistutaan”, Cantell toteaa. Cantell naurahtaa, että voisi ajan salliessa puhua innostuksen merkityksestä hyvinkin puoli päivää. Yrittäjävetoisilla pk-yrityksillä on Cantellin mukaan tietty etulyöntiasema verrattuna isoiVTT IMPULSSI


”Yrittäjänä lähden liikkeelle siitä, mikä on mahdollista – riskejä mietin vasta sitten”. Normetin Aaro Cantell sanoo.

hin, esimerkiksi pörssiyhtiöihin. Ne kykenevät tarpeen vaatiessa nopeampaan päätöksentekoon, kun omistajat, hallitus ja johto ovat osin samoja henkilöitä. Omistamassaan Normetissa Cantell istuu itse ”kaikki hatut päässä”. ”Meillä pystytään olemaan samaa mieltä nopeastikin.” Nopeat päätökset ovat tuottaneet tulosta. Normet on kasvanut seitsemässä vuodessa – Cantellin tultua ruoriin – keskimäärin noin 30 prosenttia vuodessa. Maanalaisen louhinnan ratkaisuja maailmanlaajuisesti toimittava Normet on Iisalmen suurin yksityinen työnantaja. Yhtiön kuluvan vuoden liikevaihto nousee 230 miljoonaan euroon. Merkitystä on silläkin, onko omistaja kasvollinen vai jääkö se hahmottomaksi ja etäiseksi, Cantell pohtii. ”Henkilöomistaja on – hyvässä ja pahassa – konkreettinen ja selkeä omistaja. Henkilöstölle sillä voi olla iso merkitys.”  VTT IMPULSSI

Kasvua kaikissa kokoluokissa KONEPAJAYHTIÖ NORMETIN PÄÄOMISTAJAN Aaro Cantellin mielestä Suomessa usein puhutaan harhaanjohtavasti kasvuyrityksistä synonyyminä startupeille. Pienet ja etenkin keskikokoiset yritykset on jo kuitenkin todennäköisesti kovissa liemissä keitetty, ennen kuin ne ovat ehtineet nykyiseen kokoonsa. ”Jos 50 miljoonan euron yritys tuplaa liikevaihtonsa, yhteiskunnallinen vaikutus on sama kuin startupin kasvattamisella nollasta 50 miljoonaan euroon. Olemassa olevan yrityksen kasvattaminen on kuitenkin paljon helpompaa, ja sen onnistuminen todennäköisempää.” Cantell korostaa, että Suomessa on paljon tällaisia yrityksiä, joilla olisi mahdollisuuksia kehittyä ja kasvaa huomattavasti nykyistä nopeammin. Oy Suomi Ab:n kannattaisikin talouskasvun tekijöiden etsinnöissään muistaa myös jo kannuksensa ansainneet yritykset ja niissä piilevä potentiaali. ”Kaiken kokoiset yritykset voivat olla kasvuyrityksiä – ja Suomi tarvitsee niitä kaikkia.”

5


LY H Y E S T I

ESINEIDEN INTERNET

U-koodipalvelua ensimmäisenä Euroopassa LISÄTIETOJA: HEIKKI AILISTO, HEIKKI.AILISTO@VTT.FI

VTT ON ENSIMMÄISENÄ Euroopassa ottanut käyttöön universaalin u-koodipalvelimen, jonka avulla erilaista digitaalista tietoa voidaan kytkeä esineisiin helposti. U-koodin tarkoituksena on liittää esineisiin tietoa tuotteista, paikoista, laitteista tai muista fyysisistä esineistä. Koodin avulla voidaan jäljittää esimerkiksi yksittäisen tuotteen alkuperää tai laatua ja liittää tuottee-

6

seen huoltotiedot, historia tai sijainti. Tietoa voi helposti luoda ja lukea tavallisella älypuhelimella. Luotuja kohteita voi selata nettiselaimen avulla. VTT on perustajajäsen European Internet of Things -allianssissa, jonka tavoitteena on edistää maiden ja järjestöjen välistä, universaalia tietojenkäsittelyä ja Internet of Thingsiin liittyvää tutkimusta koskevaa yhteistyötä ja vuoropuhelua.

VTT IMPULSSI


ENERGIA

TEKNOLOGIA

Energiankulutus kuriin LED-valaistuksen ja maalämpöpumpun avulla LISÄTIETOJA: SAMI SIIKANEN, SAMI.SIIKANEN@VTT.FI

MAALÄMPÖPUMPUN JA LED-VALAISTUKSEN avulla voidaan merkittävästi vähentää rakennusten energiankulutusta. VTT:n ja Itä-Suomen yliopiston tutkimuksen mukaan LED-putket kuluttavat yli 50 prosenttia vähemmän sähkövirtaa kuin rakennuksissa yleisimmin käytetyt T8-loisteputket. Maalämpöpumpun käyttö pienensi tutkitun sähkölämmitteisen kohteen sähkönkulutusta yli 60 prosenttia. Laskelmien mukaan toisen koekohteen investointi maksoi itsensä takaisin hieman alle seitsemässä vuodessa.

LÄÄKETIEDE

Maukasta, terveellistä leipää täysjyväkaurasta LISÄTIETOJA: LAURA FLANDER, LAURA.FLANDER@VTT.FI

VTT:N TUTKIJA LAURA FLANDER on väitöstyössään kehittänyt bioprosessointimenetelmiä, joilla voidaan muokata täysjyväkaurasta leivotun leivän makua ja rakennetta. Täysjyväkaura on leipomoille haasteellinen raaka-aine. Siitä on vaikeaa valmistaa korkealaatuisia tuotteita ilman, että kauran terveyttä edistävät ominaisuudet häviävät. Leivontareseptiä ja prosessimuuttujia optimoimalla voidaan valmistaa 51 prosenttia täysjyväkaurajauhoa sisältävä, maukas ja rakenteeltaan miellyttävä leipä, joka säilyy pitkään pehmeänä. Annos tätä leipää sisältää gramman beta-glukaania, mikä vaaditaan kolesterolia alentavan väittämän käyttöön EU:ssa. Leivän makua muokattiin hapanjuurella ja rakennetta entsyymeillä. Lakkaasin ja tyrosinaasin positiivisia vaikutuksia kauraleivonnassa voidaan tulevaisuudessa hyödyntää kehitettäessä niistä kaupallisia entsyymejä viljakuidun ja proteiinien muokkaamiseen. VTT IMPULSSI

Elektroniikkaa massatuotteisiin – nopeasti ja huokeasti LISÄTIETOJA: KARI RÖNKÄ, KARI.RONKA@VTT.FI

VTT:N PAINETUN ÄLYN laiteympäristö on laajentunut käsittämään rullalta rullalle -kokoonpanon, mikä mahdollistaa monipuolisten elektroniikkatuotteiden tekemisen. Ideana on valmistaa tuotteessa tarvittavaa, toimivaa elektroniikkaa suuria määriä valtavalla nopeudella ja niin pienillä kustannuksilla, että se voidaan liittää massatuotteisiin. Painettuun älyyn ja massatuotantoon perustuvia uusia 3D-muovituotteita voidaan valmistaa muun muassa kulutuselektroniikan, autoteollisuuden sekä terveys- ja hyvinvoinnin aloille. Automatisoidun linjaston ansiosta yritykset voivat kokeilla uusia tuotemallejaan ja saada ne markkinoille huomattavasti aiempaa nopeammin ja edullisemmin. Iinvestointi on osa PrintoCent-ohjelmaa.

Y M PÄ R I STÖ

VTT panostaa sähköautojen kehitykseen LISÄTIETOJA: MIKKO PIHLATIE, MIKKO.PIHLATIE@VTT.FI

VTT ON LAAJENTANUT tutkimusympäristöään, jossa se kehittää tulevaisuuden sähköajoneuvoja, sähköisiä liikkuvia työkoneita, akustoja ja komponentteja. Laboratoriossa voidaan testata ja kehittää raskaitakin ajoneuvoja. Sähköisiä ajoneuvoja ja niiden voimalinjaa voidaan nyt tutkia kokonaisuutena, joka sisältää esimerkiksi sähkömoottorit, sähköelektroniikan ja akut. Ajoneuvojen suunnittelua vauhditetaan yhdistämällä testaus VTT:n voimalinjan mallintamisosaamiseen. Komponenttien valmistajat voivat nyt testata ja kehittää akkuja ja komponenttituotteitaan testisähköbussin avulla. VTT:n suunnittelema testibussi on koottu Kabus Oy:n bussirunkoon. 7


LY H Y E S T I

TEOLLINEN BIOTEKNIIKKA

D I G I TA A L I N E N M E D I A

Wihurin rahasto palkitsi Merja Penttilän LISÄTIETOJA: MERJA PENTTILÄ, MERJA.PENTTILA@VTT.FI

WIHURIN KANSAINVÄLISTEN PALKINTOJEN rahaston hallitus on myöntänyt 150 000 euron palkinnon VTT:n tutkimusprofessorille Merja Penttilälle tämän ansioista teollisen biotekniikan alalla. Palkinto luovutettiin Wihurin palkintojen ja apurahojen jakotilaisuudessa Finlandiatalossa lokakuussa. Penttilän erikoisalaa ovat teollinen biotekniikka ja erityisesti mikrobien käyttö entsyymien, kemikaalien ja polttoaineiden tuottamisessa geenitekniikan ja metabolianmuokkauksen avulla. Y M PÄ R I STÖ

Biokomposiitti haastaa lastulevyn

Mediatuoli vie matkalle Lappiin LISÄTIETOJA: TATU HARVIAINEN, TATU.HARVIAINEN@VTT.FI

ISTAHDAT MUKAVAAN NOJATUOLIIN ja nappaat käteesi Suomesta kertovan matkailuesitteen. Edessäsi oleva televisio herää eloon, ja sivujen lumisen tunturimaiseman tarina jatkuu ruudulla upeiden revontulien muodossa. Tuolin kaiuttimista soljuu musiikkia. Tällaisen käyttäjäkokemuksen tarjoaa lisätyn todellisuuden teknologiaan pohjautuva mediatuoli. Markkereita lukevilla kameroilla varustettu mediatuoli on kehitetty VTT:llä yhteistyössä UPM:n ja Matkailun edistämiskeskuksen kanssa. Idea syntyi VTT:n ja UPM etsiessä keinoja perinteisen printtimedian yhdistämiseksi digitaaliseen mediaan. UPM esitteli uutuuden toukokuussa graafisen alan Drupa-messuilla Düsseldorfissa.

LISÄTIETOJA: ALI HARLIN, ALI.HARLIN@VTT.FI

VTT:N YHDESSÄ PUUSTELLI-KEITTIÖIDEN kanssa kehittämä uusi biokomposiittimateriaali mullistaa keittiökalusteiden valmistustekniikan ja suunnittelun. Materiaalin käyttö pienenee 25–30 prosenttia ja hiilijalanjälki 35–45 prosenttia. Kehitystyön lähtökohtana on ollut mahdollisimman pieni ympäristövaikutus. Luonnonkuitulujitteista ja muovipolymeereistä valmistettavan biokomposiittiin voidaan käyttää sahajauhoa, selluloosaa, pellavaa, hamppua tai turvetta. Uusi materiaali on selvästi lujempi kuin lastulevy ja kestää erinomaisesti kosteutta. Uuden materiaalin ansiosta tulevaisuuden keittiöiden rungot voidaan valmistaa muovituotannosta tuttujen ruiskuvalun tai suulakepuristuksen avulla. Lopputuloksena on mittatarkka kappale, jota ei tarvitse leikata eikä porata. Ruuveille tarvittavat reiät ovat valmiina. 8

LÄÄKETIEDE

Geenihiljennykset hidastavat syöpäsolujen etenemistä LISÄTIETOJA: JOHANNA IVASKA, JOHANNA.IVASKA@VTT.FI

VTT:N JA TURUN YLIOPISTON professori Johanna Ivaska tutkimusryhmineen on on seulonut kymmeniä eturauhassyöpiä ja löytänyt syöpä­ solujen leviämistä elimistössä estäviä geenihiljennyksiä. Tutkimus osoittaa, että laboratoriossa helposti mitattavissa oleva syöpäsolujen aktiivisuus on suoraan kytköksissä kyseisten syöpäsolujen kykyyn muodostaa etäpesäkkeitä. Seulomalla eturauhassyöpäsolujen aktiivisuutta sääteleviä tekijöitä voidaan siis löytää uusia lääkekehityskohteita. Tutkimusryhmän jäsenet Teijo Pellinen ja Juha Rantala hyödynsivät tutkimuksessa VTT:n kehittämää solusiruseulontamenetelmää. Menetelmä mahdollistaa koko genomin kaikkien geenien vaikutusten tutkimisen vain yhdellä koejärjestelyllä. VTT IMPULSSI


KOLUMNI

Olli Ernvall päätoimittaja VTT Impulssi

Tulevaisuus haastaa talouden Taantuman voidaan katsoa alkavan silloin, kun kansantalouden tuotanto on ollut laskussa vähintään puoli vuotta. Ennusteet siitä, onko Suomi nyt taantumassa, vaihtelevat, sillä ensimmäisellä vuosineljänneksellä bruttokansantuote oli plusmerkkinen. Elämme tässäkin suhteessa mielenkiintoisia aikoja. Miksi ylipäänsä puhua taantumasta ja sen määrityksestä? Onko käsitteellä merkitystä? On, sillä taloudessa ennusteet pyrkivät toteuttamaan itseään. Varovaisuus tekee ilmapiiristä empivän ja lisää epäluuloja. Kuten Euroopan rahoituskriisistä on todettu, yksi suuri syy kriisin syvenemiselle on ollut finanssimarkkinoiden toimijoiden epäluottamus toisiaan kohtaan. Toinen keskeinen syy talouden synkkenemiseen on tietenkin EU:n laajuisten pääomamarkkinoiden epävakaudessa, joka heijastuu riskinotto- ja investointihaluttomuuteen koko Euroopassa. Kun investointeja ei tehdä, ei myöskään synny kasvua. Poliittisilla linjauksilla voidaan luoda mahdollisuuksia talouskasvua edistäville investoinneille. Suomen valtiovalta on viisaasti päättänyt tukea tuotekehitystä verokannustimilla, jotka lisäävät uusia innovaatioita. Aito poliittinen, kasvuun tähtäävä tahtotila kiihdyttää T&K-toimintaa ja lisää siten investointeja. Toinen merkittävä avaus valtiovallalta on ollut niin kutsuttu Team Finland -konsepti, joka tähtää pk-yritysten kansainvälisen kilpailukyvyn edistämiseen. Suuryritykset elävät jo täysillä globaaleilla markkinoilla, joilla pelin ratkaisevat valmistuskustannukset ja tuotannon tehokkuus. Seu-

VTT IMPULSSI

rauksena tästä on ollut investointeja ulkomaille ja monen tuotantolaitoksen ulosliputtaminen. ”Halvalla ja paljon” on kuitenkin kotimaisen teollisuuden strategiana kuljettu loppuun. Jatkossa Suomessa tuotettujen vientituotteiden kilpailukyky ja kannattavuus löytyy määrän sijaan korkeasta jalostusarvosta. Suurteollisuuden mottona voisi olla: vähemmän mutta arvokkaampaa. Suomen pk-teollisuuden tulevaisuudenkuva on toinen. Nykyisten pk-yritysten kilpailukykyä voidaan parantaa tuotannossa, logistiikassa, materiaalitekniikassa, raaka-aineiden tehokkaassa käytössä ja kokonaan uusissa tuotteissa. Lisäarvoa syntyy myös uusista palveluista, joista voi syntyä täysin uusia toimialoja kansantalouden BKT-salkkuun. Nyt tarvitaan rohkeita avauksia ja uusia teknologioita, joiden pohjalle rakentaa tulevaisuutta. Puhdas teknologia, ICT, biotalous ja metsästä pitkälle jalostetut uudet tuotteet poikivat lupauksia ja kasvua. Rohkeaa ja pitkäjänteistä korkean riskin perustutkimusta tarvitaan kansallisen kilpailukyvyn turvaamiseksi. Uuden tiedon nopea soveltaminen ja käyttöönotto ratkaisevat kuitenkin, syntyykö Suomelle kilpailukykyä, uusia yrityksiä, vientituotteita ja kasvua. Jos aiomme edelleen pysyä kansainvälisten kilpailukykymittauksien kärjessä, tarvitsemme taantumamantran sijaan rohkeita T&K-toimintaa koskevia päätöksiä ja optimismia. Nokka maassa kulkemisessa on riski kompastua, sillä omiin kengänkärkiin tuijottaminen estää horisonttiin katsomisen. Siihen Suomella ei ole varaa.

9


POLTTOPISTE | TEAM FINLAND

Vienti nousuun yhtenä joukkueena Teksti Paula Bergqvist Kuvat Team Finland

T

eam Finland on uusi, verkostomainen toimintamalli yritysten tarvitsemien vienti- ja kansainvälistymispalveluiden tuottamiseen. Se tuo yhteen yritykset ja julkiset palveluntarjoajat. Tavoitteena on muodostaa suomalaistoimijoista vahva, dynaaminen joukkue, joka vauhdittaa yrityksemme kansainväliseen läpimurtoon. Finlandia-talolle kokoontui syyskuussa yli 1500-päinen yleisö keskustelemaan kansainvälistymispalveluiden tulevaisuudesta. Tilaisuuden avasi tasavallan presidentti Sauli Niinistö. Yritysedustajien lisäksi äänessä olivat pääministeri Jyrki Katainen, elinkeinoministeri Jyri Häkämies sekä Eurooppa- ja ulkomaankauppaministeri Alexander Stubb. Työpajoissa syntyi 36 toimenpide-ehdotusta. ”Suomen menestyksen kivijalka on yhteiskunnan eheys ja vakaus. Ne ovat nykymaailmassa myös kilpailuvaltti”, Sauli Niinistö totesi. Kilpailukyvystä on osoituksena Maailman talousfoorumin tuore maavertailu, jossa Suomi kipusi takaisin kolmannelle sijalle. Nousevat, kehittyvät taloudet ovat Team Finlandin erityishuomion kohteena toimintatapoja kehitettäessä.

10

”Näiden maiden massiiviset haasteet liittyvät energian saantiin, elintarvike- ja vesihuoltoon, logistiikkaan, koulutukseen ja terveydenhuoltoon. Suomi voi pärjätä yhä paremmin, mikäli kykenemme löytämään ratkaisuja näiden yhteiskuntien kehittämiseen. Meillä on vahvat näytöt monilta sektoreilta”, Niinistö sanoi. Yritysten julkinen palvelutarjonta on kattava mutta sirpaleinen. Niinistö peräänkuuluttaa yhteistyötä ja metsänhoidollisia toimenpiteitä muun muassa rahoitusinstrumenttien kehittämiseksi. ”Hyvinvointimme ja pärjäämisemme riippuu kolmesta tekijästä: meistä suomalaisista, menestyksen nälästä ja työstä – eivät luonnonvaroista, tuurista tai rahan lainaamisesta”. Kaikki irti nykyresursseista

Team Finland -ohjausryhmän puheenjohtajan mukaan uusi konsepti lähtee halusta palvella suomalaista elinkeinoelämää nykyistä paremmin. ”Kyse ei ole isoista satsauksista vaan olemassa olevien voimavarojen paremmasta käytöstä. Etsimme toimenpiteitä, jotka helpottavat yritysten diilien saamista”, Jyrki Katainen sanoo. Tavoitteena on tiivistää viranomaisyhteistyötä niin, että yritykset saavat tukea yhden luukun periaatteella.

VTT IMPULSSI


”Maailmanlaajuisesti käynnissä on useita isoja muutosvirtoja, jotka liittyvät muun muassa uusiutuvaan energiaan, ydinenergiaan ja nousevien talouksien kehitystarpeisiin. Tässä kehityksessä yrityksillä ja toivottavasti erityisesti suomalaisyrityksillä on keskeinen rooli.” Suomalaisyritysten – pienten tai suurten – innovaatiokyvystä ei pääministerin mukaan ole puutetta. Tämä on tullut hyvin esiin vienninedistämismatkoilla. Jyrki Katainen uskoo, että suomalainen yrittäjyys ja riskinotto kannattavat myös tulevaisuudessa. ”Tarvitaan muun muassa VTT:n kaltaisia tutkimus- ja kehitysorganisaatioita, jotka voivat tuottaa uusia innovaatioita ja huipputeknologiaan perustuvia ratkaisuja suoraan yritysten hyödynnettäviksi”, pääministeri toteaa myös tämän lehden pääkirjoituksessa. ”Tavoitteenamme on toimintamalli, jonka päällimmäinen tarkoitus on saada nykyvoimavarat paremmin käyttöön. Koko hallitus on valjastettu tavoitteiden saavuttamiseksi. Toivon, että pystymme ohjaamaan omaa toimintaamme siten, että se palvelee suomalaista työtä, yrittäjyyttä ja elinkeinoelämän menestymisen mahdollisuuksia entistä paremmin.” Missä investoinnit Suomeen?

Viennin edistäminen ei kuitenkaan riitä. Tarvitaan myös tuonnin edistämistä eli investointeja Suomeen. Kilpailukykyinen ja hyvin toimiva globaalien yritysten verkosto toimii Kataisen mukaan vetovoimatekijänä Suomeen suuntautuvien investointien kohdalla. Suomi tunnetaan turvallisena ja vakaana maana, ja suomalaisia pidetään innovatiivisina, osaavina ja hyvin koulutettuina. Näiden ominaisuuksien pitäisi herättää ulkomaisen pääomasijoittajan huomio Suomeen. Suomesta käsin on myös helppo mennä Venäjän markkinoille. Yritystuen sirpaleisuus ja pääomien vähäisyys kuitenkin hidastavat yritysten pääsyä kansainvälisille markkinoille. Team Finlandin erityisenä haasteena onkin lisätä pääomasijoittajien kiinnostusta Suomen elinkeinoelämään. Tähtäimessä on myös julkisten palvelujen kehittäminen hallinnollisia rajoja häivyttämällä. Kyse on myös yritysyhteistyön edistämisestä. Valtionhallinto on jo ryhtynyt toimiin. Finpro ja Invest in Finland on yhdistetty. Finnveran kykyä ottaa riskiä on lisätty tuleville vuosille.

VTT IMPULSSI

Myös viennin rahoitusta on uudistettu. Vuonna 2013 otetaan käyttöön pääomasijoittajan vero­ vähennys, jolla kanavoidaan yksityistä pääomaa kasvuyritysten tarpeisiin. Lisää uutisia on luvassa. Kehitystä voidaan ohjata valtionhallinnon päätöksillä. Esimerkiksi julkisen tiedon avaaminen kaupalliseen käyttöön on jo hallituksessa vireillä. Vihreän teknologian mallimaa

Cleantech on ala, jossa Suomella on hyvät mahdollisuudet ponnistaa kirkkaimpaan kärki­kastiin. Tästä yritysklusterista odotetaankin Team Finlandille veturia. Alan yritykset pohtivat omassa työpajassaan, miten uusi toimintamalli voi edistää niiden kansainvälistymistä. Puhtaan teknologian markkinat ovat mittavat ja voimakkaassa kasvussa. Kilpailu on kuitenkin kovaa, ja uudet ideat on saatava markkinoille nopeasti. Kilpailukyvyn vahvistamiseksi Suomeen on synnytettävä edelläkävijämarkkinat, jotka toimivat osaamisemme markkinoinnin tukijalkana. ”Jos yritysten innovaatiot eivät ole Suomessa käytössä, ei olla uskottavia”, työpajassa todettiin. Kotimarkkinoiden kehittäminen edellyttää nopeaa päätöksentekokykyä eri tahoilta. Suomalaisen cleantech-teollisuuden maine on jo hyvä – tehtävänä on nyt pitää vihreyden mainetta yllä. 

VTT ratkoo haasteita ”KANSAINVÄLISESTI KILPAILUKYKYISTEN TUOTTEIDEN takana on paljon tutkimushankkeita ja osaamista. Suomessa on huippuosaamista, joka tulisi kytkeä tiukasti Team Finland -konseptiin”, VTT:n pääjohtaja Erkki KM Leppävuori toteaa. Suomen hallitus on tehnyt budjettiriiheen esityksen yritysten tutkimuskulujen verovähennysoikeudesta. ”Verokannustin kannustaisi yrityksiä tutkimus- ja kehitys­ toimintaan. Näin syntyisi uusia, elinkeinoelämän kilpailukykyä edistäviä innovaatioita.” VTT ratkaisee kärki- ja innovaatio-ohjelmiensa kautta elinkeinoelämän ja yhteiskunnan kannalta keskeisiä haasteita. ”Näiden ohjelmien kautta toimimme Team Finlandin hyväksi”, Leppävuori sanoo. VTT:n kärki- ja innovaatio-ohjelmissa tutkitaan ja kehitetään muun muassa teollisiin biomateriaaleja, tuoteprosessien digitalisointia, esineiden internetiä, vesihuoltoa, jätteenkäsittelyä, uusia energiaratkaisuja ja hyvinvointia.

11


12

VTT IMPULSSI


Eurooppa ottaa mallia Suomesta EU vahvistaa talouskasvua tutkimuksen ja innovaatioiden avulla. Kuten lama-Suomikin aikoinaan. Teksti Kari Ahokas Kuvat iStockphoto, MCI Press Oy

VTT IMPULSSI

13


M

itä yhteistä on Suomella, Ruotsilla ja Saksalla? ”Nämä maat ovat jo pitkään systemaattisesti investoineet innovaatiotoimintaan, tutkimukseen ja koulutukseen”, Euroopan komission tutkimuksen ja innovoinnin pääosaston pääjohtaja RobertJan Smits sanoo. ”Ei ole sattumaa, että juuri ne ovat toistaiseksi selvinneet vaikeasta taloustilanteesta parhaiten.” Smits tuntee Suomen 90-luvun alun talousongelmat. Hän kiittää silloista pääministeri Esko Ahon hallitusta, joka vaikeista budjettipäätöksistä huolimatta hillitsi tutkimuksen, innovoinnin ja koulutuksen leikkauksia. ”Ja mihin tämä johtikaan! Nokia alkoi pian kukoistaa”, Smits muistuttaa. ”Sanon nykyisille kriisimaille, että tehkää kuten Suomi aikanaan. Leikatkaa julkista kulutusta, mutta älkää kajotko koulutukseen, tutkimukseen ja muihin tulevaisuuden kasvualueisiin.” Lisää rahaa

EU hakee siis Eurooppaan talouskasvua ja uusia työpaikkoja kuin Suomi ennen. Komission ehdotus EU:n uudeksi tutkimuksen ja innovoinnin puiteohjelmaksi perustuu 80 miljardiin euron budjettiin. Tutkimuksen meneillään olevan seitsemännen puiteohjelman budjetti on hieman yli 50 miljardia euroa. 14

Tosin vallitsevassa vaikeassa taloustilanteessa ei olisi täysin mahdotonta, että uuden Horisontti 2020 -puiteohjelman budjetti ei toteutuisikaan ehdotuksen mukaisesti. ”Käydään vielä paljon keskustelua, ennen kuin löytyy kaikille jäsenmaille sopiva kompromissi. Komission esitys on kuitenkin toistaiseksi otettu vastaan hyvin”, Smits muotoilee. Horisontti 2020 myös uudistaa puiteohjelman rakenteita. ”Meillä Euroopassa on ollut vaikeuksia tuotteistaa ja markkinoida tutkimuksen sinällään hyviä tuloksia”, Smits myöntää. Aiemmin erillään olleet tutkimus- ja innovointiohjelmat yhdistetään Horisontissa nyt niin, että koko innovaatioketju tutkimuksesta tuotteeksi on saumaton, Smits lupaa. Uudistus on varmasti aiheellinen. Esimerkiksi Yhdysvallat ja Kiina ovat aktiivisia tutkimustulosten kaupallisessa hyödyntämisessä. Soveltavan tutkimuksen korostamisen ohella perustutkimuksen osuutta kuitenkin edelleen vahvistetaan EU:n suunnitelmissa. Perustutkimukselle ehdotettu budjetti Horisontti 2020:ssa laskutavasta riippuen vähintään kaksinkertaistuu edeltäneestä puiteohjelmasta. Smits huomauttaa, että Yhdysvaltain kyvykkyys muuttaa tutkimustulokset kauppa-tavaraksi Eurooppaa paremmin johtuu pitkälti pääomasijoitusten helpommasta saatavuudesta. ”Euroopassa tilanteen on kuitenkin määrä parantua vireillä olevan, riskirahan liikkuvuutta EU-maiden välillä helpottavan lakialoitteen myötä”, Smits sanoo. VTT IMPULSSI


Jatkossa ketju tutkimuksesta tuotteeksi on saumaton.

Lupauksia horisontissa HORISONTTI 2020 on toimenpidepaketti, joka pyrkii lisäämään tutkimusta, innovointia ja kilpailukykyä Euroopassa vuosina 2014– 2020. Noin 80 miljardin euron budjetissa kootaan EU:n tutkimus- ja innovaatiorahoitus ensimmäistä kertaa yhteen ohjelmaan. EU-komissio ilmoittaa Horisontti 2020:n päätavoitteiksi: • tukea EU:n asemaa tieteen maailmanjohtajana 24,6 miljardilla eurolla. Käytännössä tämä tarkoittaa pitkälti yliopistojen tieteellisen tutkimuksen rahoitusta. • turvata teollisuuden innovointijohtajuutta 17,9 miljardilla eurolla • rahoittaa yhteiskunnallisten haasteiden ratkaisuja 31,7 miljardilla eurolla Horisontti 2020 on yksi kulmakivistä innovaatio-unionissa, joka on Euroopan globaalin kilpailukyvyn parantamiseen tähtäävä Eurooppa 2020 -strategian lippulaivahanke.

VTT IMPULSSI

15


Vähemmän paperisotaa

Smits moittii EU-hankkeisiin tällä hetkellä liittyvää byrokratiaa. ”Järjestelmä on päässyt kehittymään liian monimutkaiseksi. Etenkin pkyritysten on ollut hankala lähteä mukaan.” Parempaa on luvassa. Smits toteaa, että komissio on ehdottanut Horisontti 2020:aan yksinkertaisempia proseduureja, jotta pientenkin yritysten on helppo tulla mukaan. Pienille ja keskisuurille yrityksille on luvassa muutakin mukavaa. ”Nuoret startupit ja pk-yritykset ovat tulevaisuuden kasvunlähteitä”, Smits muistuttaa. Niinpä komissio on ehdottanut niille korvamerkittyä rahoitusta noin kahdeksan miljardia euroa, ei pelkästään tutkimukseen vaan myös tutkimustulosten kaupallistamiseen. Keinona tässä on pienten yritysten innovaatiotoimintaan keskittyvä kokonaisuus, jonka periaate on pitkälti lainattu Yhdysvalloista niin sanotusta SBIR-ohjelmasta, Smits toteaa. Siinä komissio pyytää pienyrityksiltä ideoita tietyn aiheen ratkaisemiseksi, vaikkapa syövän varhaisen tunnistamisen mekanismeja. Komissio myöntää avustusta ideoiden kehittelyyn. Parhaita ehdotuksia tehneet yritykset voivat jat-

16

kokehittää ideoitaan joko yksinään tai yhdessä muiden yritysten ja tutkimusorganisaatioiden kanssa, edelleen komission tukemana. ”Seuraavassa vaiheessa tutkimuksen tulokset tuodaan markkinoille riskirahoituksen avulla, ja komissio auttaa sen etsimisessä”, Smits sanoo. Kuulostaa hyvältä – ainakin teoriassa. Suomen Yrittäjät on jo toivonut lisätietoja siitä, miten tämä käytännössä toteutetaan. Dynaaminen Suomi

On käynyt jo selväksi, että EU:n tutkimuksen ja innovoinnin pääosaston huipulla istuva RobertJan Smits arvostaa Suomen mallia tutkimus- ja innovaatiorahoituksessa. Hän kertoo myös olevansa samaa mieltä suomalaisten kanssa siitä, millainen tutkimus on rahoituksen arvoista. ”EU-rahoituksen täytyy mennä Euroopan parhaalle tutkimukselle. Ainoastaan sen avulla Eurooppa voi menestyä kansainvälisessä kilpailussa.” Kansallisuus ei saa vaikuttaa rahoituksen myöntämiseen. Vain laatu ja tulokset merkitsevät, ja Smits näkeekin suomalaisten menestyvän ”dynaamisena, innovatiivisena yhteiskuntana” hyvin tällä kriteerillä mitattuna. 

VTT IMPULSSI


EU-rahoituksen täytyy mennä Euroopan parhaalle tutkimukselle.

EU-hankkeeseen osallistuminen kannattaa

Hollantilainen Belgiassa ROBERT-JAN SMITS TUNTEE EU:n tutkimustoiminnan kirjaimellisesti tyvestä huipulle. ”Aloitin 19 vuotta sitten alimmalta tasolta ja olen käynyt läpi käytännössä kaikki työtehtävät täällä”, tutkimuksen ja innovoinnin pääosaston nykyinen pääjohtaja naurahtaa puhelimeen työpaikaltaan Brysselistä. Mikä EU-tutkimuksessa kiehtoo erityisesti? ”Ihmiset, joita tapaan työni puolesta. Euroopan lukuisat eri kulttuurit ovat sen vahvuus ja ihmiset tärkein voimavara. En haluaisi koskaan nähdä Eurooppaa, jonka kansat olisi laitettu samaan muottiin. Ajattele vaikka suomalaista luovuutta, italialaista muotoilua tai saksalaista insinöörityön laatua.” Hollantilainen Smits vaimoineen on asunut jo vuosikymmeniä EU:n pääkallopaikalla Belgian pääkaupungissa. ”Ne harvat tunnit, kun en ole töissä, vietän metsässä patikoiden, lukien tai kotona crosstrainerilla kuntoillen”, Smits kertoo.

VTT IMPULSSI

EU-projektiin osallistuminen on varteenotettava keino, kun yrityksen pitää uusiutua, kehittää liiketoimintaansa ja kansainvälistyä. ”Yritysten kannattaa ottaa EU-hankkeet kehitystoimintansa keinovalikoimaan. Useilla kumppaniyrityksillämme on hyviä kokemuksia niihin osallistumisesta yhdessä VTT:n kanssa”, VTT:n EUasioiden johtaja Leena Sarvaranta toteaa. Erityisesti keskisuuret yritykset voivat saada hyötyä pääsemällä mukaan uusiin arvoketjuihin laajentamaan markkinointikanaviaan. Sarvaranta neuvoo pohtimaan tietyt asiat valmiiksi jo ennen hakuprosessia. ”On tärkeää, että yritys toimii tunnistettavissa olevalla nichemarkkinalla ja että sillä on siihen liittyvää selkeää osaamista, esimerkiksi teknologia, tuote, prosessi tai palvelu. Toiminnan on oltava vakiintunutta – esimerkiksi kassavirran, taseen ja organisaation pitää olla kunnossa.” Tarvitaan myös aitoa kehitys- ja kasvuhakuisuutta. Yrityksessä on siis ymmärretty, että markkinoita ja jakelukanavia on laajennettava maailmalle. ”Yhdessä meidän kanssamme yritys pystyy tunnistamaan niitä arvoketjuja ja klustereita, joihin sen kannattaa kiinnittyä”, Sarvaranta sanoo.

17


Investointeja ei pidä tehdä pelkästään halvan työvoiman houkuttelemana.

”Maailmalle ei kannata sännätä suin päin” Teksti Marjo Kosonen

VTT:N PÄÄJOHTAJA Erkki KM Leppävuori toivoo, että suomalaiset teollisuusyritykset eivät rynnisi suin päin maailmalle halpatyövoiman perässä. ”Investointeja ei kannata tehdä pelkästään edullisen työvoiman houkuttelemana, vaan on huomioitava myös markkinoiden sijainti. Korkeat kuljetuskustannukset saattavat helposti syödä alhaisten valmistuskustannusten tuomat säästöt.” Jos tuotteen markkinat ovat Euroopassa, saattaa olla kannattavampaa investoida tuotantoon kotimaassa. ”On olemassa valmistusmenetelmiä, jotka ovat käytännössä työvoimakustannuksista riippumattomia. Jos tuotantokustannukset ovat alle 10 prosenttia kokonaiskustannuksista, voidaan puhua paikkariippumattomasta valmistuksesta”, Leppävuori sanoo. Automaatio avuksi

Toinen keino erottautua kilpailijoista on tarjota asiakkaalle aitoa lisäarvoa. ”Ihannetapauksessa lopputuote antaa käyttäjälle mahdollisuuden tehdä omasta toiminnastaan entistä kilpailukykyisempää”, Leppävuori toteaa. Kun tuote on ainutlaatuinen, sitä ei voida niin vain korvata kilpailevalla tuotteella. Näin yritys saa hinnoittelussa vapaammat kädet. Yksi kilpailukeino on tuoda perinteiseen tuotteeseen älyä. ”Etähuolto ja -valvonta tuovat uusia mahdollisuuksia. Kun esineisiin, koneisiin ja laitteisiin kytketään digitaalista tietoa, parannetaan niiden toiminnan luotettavuutta ja käytettävyyttä.” Samalla sanoudutaan irti kilpailusta halpatyömaiden kanssa.

Merkittäviinkin kustannussäästöihin voidaan päästä muun muassa automatisoimalla ja rationalisoimalla prosessia.

18

VTT IMPULSSI


TIEDE

Sivut

20–40 VTT IMPULSSI – TIEDE

19


T I ETDI E D E

Teksti: Heikki Seppä

Anturiverkkojen tulevaisuus Antureiden käyttö on monilla aloilla vielä lapsenkengissä. Ennen uuden kehittämistä kannattaa kuitenkin tutkia olemassa olevan teknologian mahdollisuudet.

T

ässä kirjoituksessa pyritään valottamaan langattomien ja langallisten anturiverkkojen nykytilaa ja tulevaisuudennäkymiä kuluttajan näkökulmasta. Vaikka teknologian kehitys antaa pohjan antureiden ja langattomien järjestelmien kehitystyölle, sen täytyy tuoda oleellista lisäarvoa kuluttajalle. Sen täytyy myös tuoda yrityksille kannattavaa liiketoimintaa kohtuullisella aikajänteellä. Anturiverkkojen kehitys on hyvin mielenkiintoisessa vaiheessa. Teollisuudessa, autoissa ja kuluttajaelek­ troniikassa antureiden hyödyntäminen on ollut arkipäivää jo pitkään. Sen sijaan kiinteistöissä, ympäristön valvonnassa ja erityisesti tervey­ denhoidossa ollaan vasta lapsenkengissä. Anturijärjestelmät ovat yleensä kohteissa, joihin anturit on helppo viedä johtojen varassa. Jos langallista verkkoa ei voida rakentaa tai se käy liian kalliiksi, anturiverkon kehittäminen on jäänyt puolitiehen. On vain todettu, että langaton verkko tulee olemaan ratkaisu näissä sovelluksissa. Tämän kirjoituksen perimmäinen tarkoitus on kertoa, miksi langattomat verkot eivät ole kaikista ennusteista huolimatta päässeet markkinoille ja miten anturiverkot pitäisi toteuttaa. Anturiverkoille on tarvetta Antureiden tarpeen ja hyödyt määrittelee teollisuudessa prosessin optimointi, autoissa turvallisuuden lisääminen ja polttoaineen ku20

lutuksen minimointi, kodinkoneissa hyvä käytettävyys ja energian ja veden säästö sekä kuluttajaelektroniikassa laitteen käytettävyys. Tilanne on jo tätä huomattavasti monimutkaisempi kiinteistöautomaatiossa ja erityisesti luonnon tilan seurannassa. Kiinteistöissä energiaa ja vettä pitää säästää, mutta miten säästöt saadaan kustannustehokkaasti ja miten järjestelmän luotettavuus voidaan varmistaa? Jos 1970-luvulla tehdyt rakennukset olisi varustettu kosteusantureilla, olisimme välttyneet nykyisen kaltaiselta talojen kosteus­ katastrofilta. Kodinkoneiden valmistajat kehuvat laitteiden pientä energiankulutusta, mutta niiden käyttöikä on niin lyhyt, että luonnonvarojen kannalta tilanne vain huononee. Toisin sanoen tuotteen koko elinkaaren ekojälki on tärkeämpää kuin esimerkiksi kodinkoneen tai lampun energiatehokkuus. Terveydenhuollossa kaikki tietävät, että nykyisellä tavalla emme pysty hoitamaan ikääntyvää väestöä emmekä turvaamaan hyvää terveydenhoitoa. Ennaltaehkäisevä hoito on avainasemassa, kun pyritään pitämään terveydenhoidon kustannukset kurissa. Anturitekniikan avulla voidaan tukea omassa kodissa asumista, ja esimerkiksi palvelutaloissa valvontaa voidaan tehostaa seuraamalla vanhuksen tilaa ja aktiviteettia. Työkyvyn kannalta merkittävin sairaus eli masennus on usein seurausta stressistä. Ylikuormitustila ja stressi voidaan mitata ja VTT IMPULSSI – TIEDE


korjaavat toimenpiteet aloittaa heti. Tilannetta voidaan verrata urheilijan ylikuntoon, jonka havaitsemisen jälkeen treeniohjelmaa muutetaan välittömästi. Ympäristön tilan seuranta on välttämätöntä, mutta avoinna on, mitä mittaamme ja miten tieto siirretään mittauskohteesta tietoverkkoon. Luonnon tilan seuranta ei todennäköisesti olisi vaikuttanut ratkaisevasti hiilidioksidipäästöihin, mutta vesistöjen suojeluun sillä olisi ollut merkittävä vaikutus. Vesistöjen jatkuva valvonta antaisi tietoa jopa yksittäisen maatilan päästöistä, mikä väistämättä vaikuttaisi kuluttajien käyttäytymiseen ja sitä kautta pakottaisi poliitikkoja laittamaan maatalouden päästöt kuriin. Sama koskee kaivosteollisuutta, turveenergian tuotantoa ja muita vesistöihin vaikuttavia aloja. Luonnonkatastrofien vaikutuksia voidaan merkittävästi vähentää, jos niitä voidaan anturitiedon perusteella ennakoida mahdollisimman varhain ja varoittaa ihmisiä. Vaikka ongelma voidaan usein ratkaista ilman antureita, niillä on erittäin suuri merkitys turvallisuuden lisääjänä, katastrofien yhteydessä, energian kulutuksen optimoinnissa, luonnon tilan selvittämisessä sekä hyvinvoinnissa ja terveydessä. Epärealistiset odotukset Voidaan oikeutetusti kysyä, miksi anturiverkkoja ei sovelleta riittävästi varsinkaan kiinteistöissä. Tarpeet ovat ilmeisiä. Tarvittavat teknologiat ovat olemassa ja useimmissa tapauksissa hyvin edullisia. Väitän, että langattomiin antureihin liittynyt epärealistinen odotusarvo on ollut yksi syy tilanteeseen. Langattomia anturiverkkoja on tutkittu intensiivisesti jo kaksikymmentä vuotta, mutta käytännössä niitä on rakennettu erittäin vähän armeijan sovelluksia lukuun ottamatta. Sovellettua tutkimusta tehdään yleensä tieteelliseltä pohjalta, mutta ei nähdä tutkimuskohdetta kuluttajan tai liiketoimintalogiikan näkökulmasta. Ikävä kyllä monella tieteenalalla niin sanottu innovaatiopolitiikka on jopa heikentänyt järkevien keksintöjen kaupallistamista. Kun langattomien anturiverkkojen keskeiseksi ongelmaksi nousi energian saanti, enerVTT IMPULSSI – TIEDE

giaharvestereiden kehittäminen kasvoi valtavasti. Väitän, että yli 90 prosenttia näistä hankkeista on ollut täysin hyödyttömiä. Tosiasiassa vain muutamissa tapauksissa energiaa voidaan kerätä ympäristöstä niin, että mittauksen luotettavuus voidaan taata. Monimutkaisia itseorganisoituvia verkkoja on ehdotettu moniin sovelluksiin, vaikka useimmissa tapauksissa topologialtaan hyvin yksinkertaiset verkot ratkaisevat käytännön ongelman. Oleellista on ymmärtää ongelma ja hakea siihen helpoin ratkaisu. Teknologia on tässä prosessissa vain työväline, ei itseisarvo.

Luonnon tilan seurannalla olisi merkittävää vaikutusta vesistöjen suojeluun.

Erilaiset anturiverkot Mitattavia suureita ja anturiratkaisuja on erittäin suuri määrä, joten niiden läpikäynti tässä olisi täysin mahdotonta. Oleellista tässä yhteydessä on se, että anturiverkkojen rakentamiseen on olemassa hyvin edullisia antureita. Pullonkaulat liittyvät tiedonsiirtoon, ohjauslaitteisiin sekä tietojärjestelmiin. Olen jakanut anturiverkkojen teknologiat viiteen osaan: langattomiin anturiverkkoihin, matkapuhelimessa oleviin teknologioihin (NFC, WLAN ja Bluetooth), matkapuhelinverkkoja hyödyntäviin järjestelmiin, langallisiin ratkaisuihin sekä lankaa että langattomuutta samaan aikaan hyödyntäviin järjestelmiin. Käsittelen myös anturiverkkoa, jossa sosiaalinen verkko hoitaa mittaukset ja lähettää tiedot palvelimeen. Langattomat anturiverkot 1990-luvun alussa Yhdysvalloista alkanut kehitys tähtäsi pienen tehonkulutuksen anturiverkkoihin, jotka viestivät langattomasti. Esimerkkinä voidaan mainita kaupallistettu ZigBee ja verkkoarkkitehtuuriltaan hiukan yksinkertaisempi AOM7. Energiankulutusta pyrittiin minimoimaan rakentamalla tiedonsiirtoverkko siten, että tieto siirtyy anturilta toiselle mahdollisimman lyhyttä reittiä tukiasemalle. Valitettavasti jokaisen anturisolun on silloin oltava koko ajan aktiivisessa tilassa, joten energian säästö on marginaalinen. Toisaalta tieto joudutaan usein välittämään järjestelmään vain harvakseltaan rajaarvojen ylityksen takia tai muutamia kertoja vuorokaudessa. Harvoin tapahtuva mittaustie21


TIEDE

File: Heikki Seppä Tutkimusprofessori, tekniikan tohtori Heikki Seppä aloitti 1970-luvulla Teknillisessä korkeakoulussa kvanttimekaanisten ilmiöiden hyödyntämiseen tähtäävästä tutkimuksesta. 1990-luvun alussa hän käynnisti Suomessa RFIDteknologiaan liittyvän tutkimuksen ja on yksi NFC-teknologian pioneereista maailmassa. 1990-luvun loppupuolella Seppä keskittyi nanoskaalan kvanttimekaanisiin komponentteihin ja 2000-luvun puolivälissä aktivoi epäorgaanisiin printattaviin nanopartikkeleihin liittyvää tutkimustoimintaa. Seppä on toiminut vuodesta 2005 Suomen Akatemian huippuyksikön (kvanttimekaaniset laitteet) varajohtajana. Hänellä on noin 150 referoitua julkaisua eri tieteenaloilta ja noin 150 patenttia.

22

don siirto kuluttaa usein vähemmän energiaa kuin itse mittaaminen. Jos anturiverkossa käytetään esimerkiksi 2,4 GHz:n taajuutta, siirto ei suju hyvin sisätiloissa. Tällöin soluja joudutaan asentamaan pelkästään tiedon siirtämistä varten. Solujen määrän minimointi ja tiedon siirron varmistaminen edellyttää usein myös kallista ammattimaista asennusta. Kehitysprosessi jatkuu edelleen, mutta mitään varsinaista läpimurtoa ei ole tapahtunut. Keskeinen ongelma kaikissa langattomissa anturiverkoissa on energian saannin turvaaminen. Anturit toimivat pääosin paristoilla. Vaikka paristojen elinikä on jo saatu hyvin pitkäksi mikropiirien kehityksen seurauksena, ne aiheuttavat kuitenkin sekä huolto- että luettavuusongelmia. Lisäksi langattomille anturiverkoille varatuilla kaistoilla on hyvin pieni siirtokapasiteetti, jolloin järjestelmä tukkeutuu helposti anturiverkkojen yleistyessä. Kannettavat päätelaitteet eivät tue erikseen anturiverkkoihin kehitettyjä tiedonsiirtomenetelmiä. Koska Bluetooth on levinnyt useisiin päätelaitteisiin, sen käyttö langattomissa verkoissa on hyvin edullista. Yritysten on helppo turvautua tähän tekniikkaan, koska se on hyvin edullinen eikä niiden tarvitse investoida lukulaitteisiin. Lähiviestintä matkapuhelimen avulla 1990-luvun alussa Suomessa kehitettiin tekniikkaa RFID-lukulaitteen integroimiseksi matkapuhelimeen. Nykyisin tätä tekniikkaa kutsutaan nimellä lähiviestintä (Near Field Communication, NFC), koska lukuetäisyys on vain muutamia senttimetrejä. Itse ajattelin NFC-tekniikkaa käytettävän tiedon siirtämiseen anturista suoraan matkapuhelimeen, palvelun aktivoimiseen tai niin sanotun esineiden internetin (Internet of Things) välineenä. Sen sijaan sitä sovelletaan ensimmäisessä laajan mittakaavan vaiheessa liputtamiseen ja maksamiseen. RFID-pohjaiset anturit voivat olla passiivisia, jolloin ne eivät tarvitse paristoa. Mittauksen ja viestinnän tarvitsema energia voidaan ottaa matkapuhelimesta. Suurissa määrin tuotettuna anturin hinta voi olla selvästi alle euron. Jos mitataan vain lämpötilaa, RFID-anturin hinta voi olla jopa alle 0,1 euroa, mutta se edellyttää laajaa käyttöä.

Ensimmäisen NFC-puhelimen toi markkinoille Nokia vuonna 2004. NFC Forum ryhtyi 2005 standardoimaan NFC-teknologiaa, jonka läpimurto on nyt alkamassa. Esimerkkinä tästä on Google Wallet. On itsestään selvää, että NFC-teknologiaa hyödynnetään laajasti antureissa sekä rajapintana anturitietoon. NFC:n merkittävin etu on antureiden passiivisuuden lisäksi sen mahdollistama yksinkertainen käyttöliittymä. Kosketus anturiin riittää tiedon siirtämiseen kohteesta puhelimeen. Jos tarvitaan pitkää lukuetäisyyttä, joudutaan käyttämään UHF-alueella toimivaa RFIDteknologiaa. Logistiikkasovelluksissa etäisyys voidaan saada jopa 10 metriin, mutta jos anturi edellyttää suurta tehotasoa, etäisyys voi pudota 2 metriin. Valitettavasti UHF-lukijaa ei tule matkapuhelimeen vähään aikaan, joten tekniikalla luetaan anturitietoja lähinnä logistiikassa. Bluetooth anturiverkoissa 1990-luvulla matkapuhelimiin kehitettiin lähinnä Ericssonin johdolla nykyään Bluetoothiksi kutsuttua lyhyen matkan radiota, joka toimii 2,4 GHz:n taajuusalueella. Ensimmäinen Ericssonin Bluetooth-puhelin julkistettiin vuonna 2000. Tavoitteena oli lähinnä langaton viestintä puhelimen ja lähistöllä olevien puhelimien, tietokoneiden, tulostimien ja vastaavien laitteiden välillä. Uusimmat Bluetooth-versiot pystyvät hyödyntämään mahdollisesti käytettävissä olevaa langatonta verkkoa nopeaan tiedonsiirtoon. Yhteen päätelaitteeseen voidaan kytkeä yhtä aikaa jopa kahdeksan laitetta. Uskon, että Bluetoothin käyttö lisääntyy entisestään ja sitä sovelletaan laajasti esimerkiksi yksilön hyvinvointiin tai terveyteen liittyvissä anturiratkaisuissa. Lähiverkko langattomasti 1980-luvulla kehitettiin ensimmäiset langattomat lähiverkot (WLAN), ja 1990-luvun alussa teknologiaa ryhdyttiin standardoimaan. Lähtökohtana WLANille oli langaton yhteys laitteesta internetiin. Ensimmäiset WLAN­ in sisältävät puhelimet tulivat markkinoille 2000-luvun puolessavälissä. Todennäköisesti WLANia ei integroida antureihin kovinkaan usein, vaan se toimii osaVTT IMPULSSI – TIEDE


na anturiverkkoa esimerkiksi siirrettäessä tietoa Bluetooth- tai NFC-tekniikkaan perustuvista antureista tietoverkkoon. Anturit matkapuhelinverkon varassa Langaton anturiverkko voidaan rakentaa normaalin matkapuhelinverkon varaan. Jos käytettävissä on verkkosähköä ja jos anturi tai mittalaitteen taloudellinen hyöty on merkittävä, suoraviivaisin tapa pystyttää anturiverkko on hyödyntää GPRS- tai 3G-verkkoa. Hyvä esimerkki tästä on automaattinen sähköenergian kulutusmittaus. Tästä käytetään yleisesti nimitystä automaattinen mittarinluenta (Automated Meter Reading, AMR). Matkapuhelinverkko on tehokas myös ympäristömittauksissa, koska verkko kattaa lähes koko maan. Jos mittauskohteessa on sähköverkko ja mitattavia suureita on useita, matkapuhelinverkon hyödyntäminen on erityisen soveliasta. Ehkä omimmillaan matkapuhelinverkko on tilanteessa, jossa langattomassa anturiverkossa oleva tieto siirretään yhden GPRS-solmun kautta matkapuhelinverkkoon. Tiedonsiirtoa sähköverkossa Anturiverkko voidaan rakentaa myös sähköjohtoja hyödyntäen. Aikanaan Suomessa esimerkiksi Valmetin mittaritehdas ja sittemmin Enermet kehittivät kilowattituntimittareiden etäluentajärjestelmän, joka hyödynsi suur- ja pienjänniteverkkoja. Ne on kuitenkin korvattu matkapuhelinverkoilla ja kiinteillä, usein langallisilla tiedonsiirtoverkoilla. Sähköverkkojen hyödyntäminen tiedonsiirrossa on kokemassa uuden renessanssin kiinteistöissä olevien antureiden tiedonsiirtovälineenä. Tätä tekniikkaa kutsutaan datasähköksi (Power Line Communication, PLC). Muutamia vuosia sitten datasähköstä haettiin ratkaisua jopa televisiokuvan siirtämiseksi huoneesta toiseen, mutta lähinnä verkkohäiriöiden ja verkon kuormituksen vaihteluiden vuoksi nopea tiedonsiirto sähköverkossa on hyvin vaikeaa. PLC-tekniikkaa on haitannut myös standardien puute, mutta nyt asia on korjaantumassa. Olen taipuvainen uskomaan, että datasähköllä on jatkossa keskeinen rooli anturitiedon siirtämisessä kiinteistöautomaatiosta sekä anturiverkkoon liitetyistä laitteista ja joissakin tapauksessa yksittäisistä kodinkoneista. VTT IMPULSSI – TIEDE

Oleellista on ymmärtää ongelma ja hakea siihen helpoin ratkaisu.

Langalliset anturiverkot Jatkossa erityiset uudet kiinteistöt varustetaan Ethernet-tyyppisillä tiedonsiirtoverkoilla, joita käytetään myös anturitiedon siirtämiseen. Ei ole mitään mieltä liittää yksittäistä anturia Ethernet-verkkoon, mutta jos kaikki oleelliset anturit keskitetään, on tiedon siirtäminen langallisessa verkossa mielekästä. Verkko kannattaa tehdä siten, että käyttöjännite tuodaan tiedonsiirtoverkkoa pitkin. Perinteisten langallisten anturiverkkojen asemaa tehdasautomaatiossa tai kulkuneuvoissa ei uhkaa mikään. Syy on langallisen verkon ylivoimainen luotettavuus. Lankaa ja langattomuutta Langallisella ja langattomalla anturiverkolla on omat vahvuutensa ja heikkoutensa. Langattomat anturit on helppo asentaa, mutta energian syöttö niihin on vaikeaa. Silloin voi olla aiheellista rakentaa langallinen verkko, johon anturit liitetään langattomasti. Jos RFID-anturiin asennetaan kaapeli ja siihen kytkeydytään NFC- tai UHF-teknologialla, on mahdollista rakentaa anturiverkko, jossa ei tarvita erillistä energialähdettä antureille. Energia otetaan kaapelin synnyttämästä magneetti- tai säteilykentästä. Langattomuus tekee anturista edullisen, helposti asennettavan ja luotettavan, koska mekaanisia liittimiä ei tarvita. Tämän tyyppistä ratkaisua voitaisiin hyödyntää esimerkiksi kodinkoneiden sisällä, kulkuneuvoissa, rakennusten kosteusvalvonnassa tai varastossa olevien tuotteiden valvonnassa. Anturiverkkojen sovellukset Käyn seuraavaksi läpi keskeisiä sovellusalueita, joissa anturiverkon asema on hyvin keskeinen mutta ei vielä laajamittaisesti sovellettu. Yritän samalla ennustaa, miten anturiverkko rakennetaan näissä sovelluksissa. 23


TIEDE

Datasähkön käyttöä on haitannut standardien puute, mutta nyt asia on korjaantumassa. Anturiverkko kriiseihin Kriiseissä, luonnonkatastrofeissa ja sodassa on hyvin tärkeää saada havaintoja alueelta mahdollisimman nopeasti. Luonnonkatastrofiherkille alueille rakennetaan tulevaisuudessa langattomia anturiverkkoja, jotka perustuvat joko kokonaan tai osittain matkapuhelinverkkojen hyödyntämiseen. Luonnollisesti on varauduttava siihen, että puhelinverkko voi rikkoutua tai ruuhkaantua, mutta ongelmaa ei synny, jos anturit pystyvät ennakoimaan tapahtumaa. Aurinkoisilla alueilla voidaan käyttää aurinkokennoa yhdistettynä akkuun. Useissa paikoissa myös termosähköistä ilmiötä voidaan käyttää energian tuottamiseen. Kriisin aikana kiinteä anturiverkko on hyvin haavoittuva, minkä vuoksi tarvitaan myös nopeasti pystytettäviä anturiverkkoja. Hyvä esimerkki on tsunamin jälkeinen ydinvoimalaonnettomuus Japanissa. Yksi ratkaisu on asentaa maahan tai tiputtaa helikoptereista alueelle itseorganisoituva anturiverkko. Anturit voivat toimia paristoilla, koska tarve on tilapäinen. Energian säästö kiinteistöissä Viime aikoina kiinteistöjen energiankulutukseen on kiinnitetty erityisesti huomiota. On itsestään selvää, että kiinteistöjen lämmitystä ja ilmastointia ei voida ohjata tehokkaasti ilman ohjauksen tueksi tarvittavaa tietoa. Tehokas ohjaus edellyttää tietoverkon tukea, mutta huonekohtaista ohjausta voidaan tehdä myös paikallisesti. Selvitysten mukaan asukkaiden käyttäytyminen muuttuu ilman ohjausjärjestelmääkin, jos he saavat helposti omaksuttavassa muodossa tietoa kiinteistön energian- ja vedenkulutuksesta. Usein omakotitalouksissa lämpötilan säätö on hoidettu ainoastaan patterien termostaatilla tai joskus ohjaamalla ilmastointia, vaik24

ka on hyvin tiedossa, että oikeaoppinen säätö voisi vähentää energiankulutusta merkittävästi. Anturoinnin kustannukset ovat suhteellisen pieniä, mutta säätöön tarvittavat toimilaitteet maksavat. Energiakustannukset ovat kuitenkin vain pieni osa asunnon kustannuksista. Merkittävimmät kustannukset syntyvät maan hinnasta ja rakentamisen kalleudesta, joten energian säästöön ei aina haluta investoida. Vaikka anturitietoa olisi käytettävissä, ohjausjärjestelmän käyttöliittymään täytyy kiinnittää erityistä huomiota. Muuten kuluttaja ei halua tai voi ohjata järjestelmää tehokkaasti. Ongelman ydin on siinä, että energian säätö on osittain ristiriidassa elämismukavuuden kanssa. Tietynlainen kompromissi on välttämätön. Laitetason kulutustietoon VTT:llä on tutkittu sitä, miten mittaamalla sähkönkulutusta asuntokohtaisesti voidaan päätellä sähköenergian kulutus jopa laitetasolla. Tämä perustuu siihen, että jokainen kodinkone käyttää yleensä yhtä tai vain muutamaa tehotasoa, niiden loisteho riippuu laitteesta ja ne aiheuttavat käynnistyessään kytkinhäiriöitä. Saman järjestelmän avulla saadaan selville myös asukkaan aktiivisuus. Tietoa voidaan hyödyntää esimerkiksi palvelutaloissa tai vanhustenhoidossa. Jos lisäämme jokaiseen sulakkeeseen tehomittauksen ja käytämme tiedonsiirtoon datasähköä, voimme mitata yksittäisen nousun tehonkulutuksen ja saamme selville erillisten laitteiden energiankulutuksen. Yksittäinen nousu voidaan kytkeä pois puhelimella, tietokoneella tai automaattisesti energian säästämiseksi tai asukkaan niin halutessa. Jokaiseen laitteeseen ei tarvita erillistä tehomittaria ja tiedonsiirtoverkkoa, vaan tilannetta voidaan tarkastella hyvin yksinkertaisella menetelmällä. Tämä ajattelutapa on esimerkki siitä, miten paljon hyötyjä voidaan saada erittäin edullisin kustannuksin. Mittauksista energiankäytön optimointiin Jos ilmastointiputkeen laitetaan anturijärjestelmä mittaamaan ilmavirtausta, lämpötilaa, kosteutta ja hiilidioksidia sekä tulo- että paluuilmasta, siitä saadaan kaikki oleellinen tieto huoneistojen energiankäytön ja ilman laadun optimoimiseksi. VTT IMPULSSI – TIEDE


RFIDlukulaite

RFIDkosteusanturi Siirtolinja

Keskusyksikkö

Tietoliikenneväylä Sulaketaulu

Sähköverkko

Kuva 1. Esimerkki usean huoneiston kiinteistön anturiverkostosta. Kiinteistötyyppi on valittu sen vihreän katon takia, sillä tähän liittyy merkittävä

PLC Wattimittari

Huoneistokohtainen wattimittari ja vesimittari

NFC

Tuloilma Paluuilma Kuuma vesi Kylmä vesi

Vesimittari

Hyvä esimerkki on sauna tai muut kosteat tilat. Kun paluuilmaventtiili huomaa kosteuden nousseen, ilmavirtausta lisätään, kunnes kosteus on alentunut riittävästi. Järjestely voidaan hoitaa paikallisesti ilman tietojärjestelmää, jolloin investointikustannukset ovat erittäin pienet. Huoneilman hiilidioksidipitoisuutta voidaan samoin säätää paikallisesti. Jos ilmavirtaukset mitataan jokaisesta huoneesta, tietojärjestelmä saa selville myös ikkunoiden avaamisesta aiheutuvan energiahukan. Järjestelmätasolla voidaan siis hallita koko kiinteistön tilannetta ja siten optimoida tilojen energian kulutus. Jos käytetään myös sähkömittariluentaa, huonekohtaisen lämpömittarin ja patterin asetusarvon perusteella tiedetään pattereiden energiankulutus huonekohtaisesti. Käyttämällä vastaavaa menetelmää vesimittareissa voidaan mitata asukkaan tai kiinteistön veden käyttöä. Jos vesimittari laitetaan erikseen lämpimään veteen, selviää lämpimän veden käytöstä aiheutuva energiakustannus. Mittaamalla vielä kaikkien vesimittareiden läpi menevän veden määrä voidaan selvittää myös mahdolliset vuodot ja vuotokohdat. Tarkka kohta olisi myös pääteltävissä, jos tietoa mitataan useasta paikasta ja virtauksen lisäksi mitataan painetta. Mittaussuureita tarvitaan riittävä määrä, jotta esimerkiksi energian käyttöä voidaan optimoida. Erillisten anturisolujen sijaan on huomattavasti edullisempaa asentaa kiinteistöön vain muutamia soluja, jotka mittaavat kaiken oleellisen päätöksenteon pohjaksi. Näin tiedonsiirtoVTT IMPULSSI – TIEDE

Kotipääte

kustannuksia yhtä anturia kohden voidaan pienentää huomattavasti. Vihreä katto -esimerkki Kuvassa 1 on esitetty usean huoneiston kiinteistö. Kiinteistössä on vihreä katto (Green Roof), joka on tällä hetkellä erittäin suosittu hedelmien ja kasvisten kasvattamiseen. Kiinteistötyyppi on valittu tähän siihen liittyvän merkittävän kosteusriskin takia. Normaalien asuntokohtaisten kilowattituntimittareiden lisäksi kiinteistöön asennetaan sähköverkkoon tehomittari, joka pystyy mittaamaan tehon, loistehon ja mahdollisesti virran särön ja transientit. Mittarin tulosten perusteella analysoidusta datasta saa selville ainakin jollain tasolla päällä olevat laitteet. Tästä voidaan tehdä päätelmiä vikaantuneista laitteista ja/tai energiankulutuksesta yleensä. Kuvassa on esitetty tilanne, jossa sulakkeissa on virranmittaus ja elektroniset ohjattavat releet. Näin tehostetaan yksittäisten laitteiden tunnistamista mittaustuloksista. Järjestelmän kalibrointia voidaan nopeuttaa mittaamalla kodinkoneen tai laitteen sähkönkulutusta laite laitteelta pistorasiaan laitettavalla langattomalla tehomittarilla. Tiedon avulla järjestelmä oppii laitteen luonteenomaiset piirteet. Järjestelmän ansiosta laitteisiin ei tyypillisesti tarvitse laittaa tehomittausta, mutta lisäämällä kodinkoneeseen NFC-moduuli saadaan tietoa vikaantumisesta ja huoltotarpeesta. Käyttäjä voi lähettää tiedon matkapuhelimestaan esimerkiksi laitteen valmistajan analysoitavaksi. 25


TIEDE

Vesimittariratkaisu voidaan toteuttaa vastaavalla tavalla. Kiinteistössä on myös ilmastointiventtiileihin integroitu anturijärjestelmä, josta saadaan kaikki oleellinen tieto ilman laadusta huonekohtaisesti ja ilmavirtauksista huoneiden välillä tai ikkunoista. Kiinteistöyhtiöiden merkitys kasvaa Kiinteistön kunnon seuranta on oleellista. Kuvaan 1 on piirretty RFID-pohjainen järjestelmä, jossa paristottomia kosteusantureita on asennettu seinärakenteisiin ja seinän sisälle. Hyvin ohut, magneettikenttää synnyttävä kaapeli tuottaa energian antureille ja siirtää tiedot järjestelmään. Jos antureiden paikkaa ei tiedetä, sen saa selville yhdellä lukulaitteella. Jos antureissa käytetään NFC-teknologiaa, asiakas voi tarkistaa kosteustilanteen ilman erillistä kaapelia koskettamalla anturia matkapuhelimellaan. Yhdistämällä tiedon ulkoilman kosteus- ja lämpötilatietoon järjestelmä voi päätellä, onko seinärakenteisiin tullut kosteutta vuodosta tai kondensoituneesta vedestä. Yhdistämällä lämpötilatieto ja putkien sijainti voidaan päätellä vuotokohta sekä putken tyyppi. Kuvassa 2 on VTT:llä kehitetyn NFC-pohjaisen kosteusanturin prototyyppi. Jatkossa anturi voidaan integroida yhteen RFID-piiriin ja piirikortille painettuun kosteusanturiin, jolloin anturin kustannukset voivat ainakin periaatteessa pudota alle euron. Kuten kuvasta 1 on nähtävissä, anturit ovat kiinteä osa kiinteistöjä. Siksi kiinteistöyhtiöiden rooli energian säästämisessä nousee keskeiseksi. Jatkossa kiinteistö tekee laiteinvestoinnit ja integroi niistä saatavan tiedon omaan tietohallintojärjestelmäänsä. Kiinteistö myös kilpailuttaa sähkön ostamisen ja myy energiaa asukkaille siten, että siitä hyötyy sekä asukas että kiinteistön omistaja. Kiinteistö tekee räätälöidyn sopimuksen asiakkaan kanssa, joka voi muuttaa tiettyjä asetuksia esimerkiksi omalla puhelimellaan, tabletilla tai tietokoneella. Tiedot myös välitetään asiakkaalle näiden kanavien kautta. Tällaisessa toimintamallissa anturit kannattaa integroida kiinteistöön ja kytkeä tietojärjestelmään mieluiten langallisesti. Kyse on luotettavuudesta, mutta toisaalta vain riittävä tieto ja mielellään huoneistokohtaisesti hajau26

tettu ohjausjärjestelmä mahdollistavat aidon energian säästämisen. Kiinteistön hallinta on yksi hyvä esimerkki vuosia kestäneistä yrityksistä ottaa käyttöön langatonta anturiverkkoteknologiaa. Asiakaslähtöinen analyysi kuitenkin osoittaa, että sitä ei välttämättä tarvita lainkaan. Varsinkin vanhoissa kiinteistöissä voidaan käyttää langattomia antureita, mutta niiden hyöty tulee ainoastaan kuluttajan käyttötottumusten muutoksesta. Koska todelliset hyödyt syntyvät säätölaitteiden käytöstä, niitä asennettaessa voidaan yhtä lailla siirtyä langalliseen tai langallis-langattomaan verkkoarkkitehtuuriin. Kuvan 1 esimerkki osoittaa, miten sopivalla antureiden ja tiedonsiirtojärjestelmien yhdistelmällä voidaan tehdä edullinen ja tehokas kiinteistön ohjaus- ja valvontajärjestelmä. Ympäristön tilan seuranta On lähes mahdotonta kuvitella, että viranomaiset pystyisivät laajassa mitassa seuraamaan ympäristön tilan kannalta oleellisia suureita. Mittaaminen on suhteellisen helppoa organisoida vain, jos mittausalue tiedetään kohtuullisen tarkasti, mutta usein tämä tieto on saatavilla liian myöhään. Toinen mahdollisuus olisi rakentaa kattava langattomaan viestintään perustuva anturiverkko. Antureiden voimanlähteeksi tarvitaan kuitenkin lähes poikkeuksetta paristoja, joiden vaihto aiheuttaa kestämättömiä kustannuksia. Ainoa todella tehokas järjestelmä on rakentaa sosiaalinen verkko, jossa kansalaiset mittaavat ainakin perussuureita käyttäen aluksi vain matkapuhelimen kameraa ja GPS-paikanninta sekä jatkossa NFC-teknologiaa. NFC-käyttöliittymä on erittäin helppokäyttöinen, ja sen avulla voidaan mitata suurta joukkoa eri suureita edullisilla antureilla. Tieto siirretään matkapuhelimella palvelimeen, jossa tieto analysoidaan ja tulos esitetään karttapohjalla. Useissa maissa kansalaiset eivät luota viranomaisten tuottamaan tietoon tai pelkäävät, että heidän mittaamiaan tuloksia ei huomioida tai niitä vääristellään. Toinen tärkeä lähtökohta on se, että yksittäiset yritykset eivät pääse vaikuttamaan järjestelmään. Näin taataan toiminnan riippumattomuus. Eräs vaihtoehto on organisoida sosiaalinen verkko säätiöpohjalta. Palveluun liitetään myös keskustelupalsta, jolloin käyttäjät voivat keskustella luontoon tai VTT IMPULSSI – TIEDE


omaan ympäristöön liittyvistä asioista ja verkottua keskenään. Hyvinvointiin ja terveydenhoitoon liittyvät anturiverkot Ehkä merkittävimmät sovellukset puhtaasti langattomille anturiverkoille ovat hyvinvointiin ja terveydenhoitoon liittyvät anturiverkot. Muun muassa hoitoa tarvitsevien vanhusten määrän kasvu, sairaalahoidon kallistuminen ja työvoimakustannukset kasvattavat kotihoidon tarvetta voimakkaasti. Tämä edellyttää yksinkertaisia antureita ja mittalaitteita sekä hälytysjärjestelmiä, jotka luonnostaan ovat esimerkiksi matkapuhelinverkon kautta yhteydessä terveydenhuollon tietokantoihin. Kodeissa käytettävät vaa’at sekä verenpaine- ja verensokerimittarit liitetään joko Bluetooth- tai NFC-teknologialla tietojärjestelmään puhelimen tai tietokoneen avulla. Sekä sairaalassa että kotihoidossa käytettävät, ihon pintaan kiinnitettävät anturit (Smart Plaster) ovat yksinkertainen tapa seurata itse omaa terveydentilaa. Tieto voidaan myös lähettää terveyskeskukseen. Esimerkiksi uniapneasta kärsivät henkilöt voivat hyödyntää kuorsausta ja liikehdintää mittaavia antureita, joista saadut tulokset voidaan analysoida verkkopalvelun kautta. Useissa tapauksissa sairastuminen voidaan ehkäistä, jos tietoa terveydentilasta saadaan riittävän aikaisin. Urheilijat ja kuntoilijat käyttävät laajasti sykemittareita, jotka mittaavat usein vain sykkeen tai enintään sykkeen varianssin. Mittaustiedosta voi kuitenkin päätellä hyvin paljon käyttäjän terveyden tilasta. Varsinkin sydänkohtauksen riskiryhmään kuuluvien pitäisi ainakin rasitustilanteessa seurata sykettään. On turhauttavaa huomata, että tutkimus keskittyy monimutkaisiin, esimerkiksi implantoitaviin antureihin tai hien avulla tapahtuviin mittauksiin. Sen sijaan voitaisiin tutkia, miten nykyistä anturitekniikkaa monipuolisesti käyttämällä voitaisiin tehdä ainakin suuntaa-antavia arvioita henkilön terveydentilasta. Usein pelkästään seuraamalla sykettä, hengitystä, puhetta ja varsinkin niissä tapahtuvia muutoksia voitaisiin saada oleellista tietoa vaikkapa stressistä. Yhtenä esimerkkinä oivallisesta ideasta voidaan mainita menetelmä, jossa normaalia VTT IMPULSSI – TIEDE

Kuva 2. VTT:llä kehitetyn NFC-pohjaisen kosteusanturin prototyyppi.

kameraa käyttämällä ja vahvistamalla punaisen värin vaihtelua voidaan mitata syke tai verenpaineen vaihtelut. Yhteenveto Langattomia anturiverkkoja tullaan käyttämään laajasti, mutta voimme ratkaista monet ongelmat perinteisillä langallisilla anturiverkoilla. Mittaustekniikkaan ja tiedonsiirtoon liittyy paljon haasteita, joita pitää tutkia edelleen. Esimerkiksi terveyden ja ympäristön seurantaan tarvitaan uusia, edullisia antureita. Antureista saatavien tietojen suhdetta terveydentilaan pitää tutkia, kuten myös energiankeruuta ilmastointiputkista tai ilman lämpötilaeroista. Voimme silti tehdä paljon jo nyt ja löytää ongelmia soveltavan perustutkimuksen ratkaistavaksi. Anturiverkkojen historia osoittaa, miten soveltavan tutkimuksen ja käytännön toteutuksen välille on syntynyt ristiriita. Tutkijat näkevät maailman teknologian näkökulmasta ja usein vain sen teknologian kannalta, johon ovat työssään tutustuneet. Nurinkurisesti teknologialle haetaan joskus sovelluksia väkisin. Sen sijaan nykyisiin ja tulevaisuuden haasteisiin pitäisi etsiä soveltuvia teknologioita tai kehittää tarvittaessa uusia. Perustutkimus on itseisarvo, koska kaikki kehitys lähtee tosiasioiden ymmärtämisestä. Tätä työtä ei saa alistaa lyhyen aikavälin rahantavoittelun alttarille. 27


TIEDE

Teksti: Marko Kallio

Tulevaisuuden syöpähoito on yksilöllistä Syövän diagnostiikkamenetelmien ja hoitomuotojen kehitys vie kohti yksilöllistä hoitoa. Taudin voittaminen kokonaan ei kuitenkaan ole vielä näköpiirissä.

S

yöpä on yleinen termi suurelle joukolle sairauksia, joita yhdistää yksi yhteinen piirre: solujen poikkeava lisääntyminen yli normaalien kasvurajojen ja mahdollinen leviäminen eli etäpesäkkeiden muodostuminen kehon muihin osiin ja elimiin. Syöpä on äärimmäisen monimuotoinen tauti. Periaatteessa jokaisen potilaan kasvain on ainutlaatuinen kokoelma jopa miljardeja syöpäsoluja, joista suurin osa poikkeaa toisistaan geneettisiltä ja epigeneettisiltä ominaisuuksiltaan. Useimpien syöpäsolujen genomi muuttuu jatkuvasti ja tuottaa uusia variaatioita testattavaksi, kun solut etsivät parasta selviytymisja kasvupotentiaalin yhdistelmää. Syöpä saa alkunsa solutasolla Vaikka syövän syntymekanismeja ei vielä tunneta täysin, taudin tiedetään saavan alkunsa solutasolla (kuva 1). Syntyyn vaikuttavat useat ulkoiset ja solunsisäiset tekijät, jotka aiheuttavat haitallisia muutoksia eli mutaatioita solujen perimäaineksessa eli DNA:ssa ja häiritsevät geenien koodaamien valkuaisaineiden normaalia toimintaa. Esimerkiksi normaalisti solujen kasvua ja elinkykyä säätelevä p53-geeni on mutatoitunut tai hävinnyt noin joka toisessa kasvaimes28

sa. Näin se mahdollistaa osaltaan syöpäsolukon hallitsemattoman kasvun. Muun muassa tupakan kemikaalien, bentseenin ja akryyliamidin kaltaiset karsinogeenit, auringon UV-säteily ja mahdollisesti tietyt ravintotekijät kuten nitriitit voivat vahingoittaa geenejä ja siten synnyttää syövän. Myös tietyt virukset saavat aikaan geenimutaatioita. Esimerkiksi ihmisen papilloomaviruksen tiedetään aiheuttavan kohdunkaulan syöpää. DNA-vaurioita voi syntyä soluissa myös sattumalta DNA:n kahdentumisessa tapahtu­ vien virheiden takia. Nykyään tunnetaan myös periytyviä geenimutaatioita, joihin liittyy selvästi kohonnut riski sairastua rinta-, munasarja- tai keuhkosyöpään. Esimerkiksi BRCA1- ja BRCA2geenien periytyvien mutaatioiden osuus on noin 5 % kaikista rintasyövistä. Maailman yleisin kuolinsyy Maailman terveysjärjestön tilastojen mukaan syöpä on tällä hetkellä yleisin kuolinsyy maailmassa. Suomessa todetaan vuosittain noin 30 000 uutta syöpätapausta ja noin joka kolmas meistä sairastuu syöpään jossain elämänsä vaiheessa. Yleisin syöpä länsimaisilla miehillä on eturauhasen syöpä ja naisilla rintasyöpä. VTT IMPULSSI – TIEDE


Karsinogeenit, perimä, ravinto- ja ympäristötekijät

Terve solu

Uusia DNA-vaurioita, geenimutaatioita ja/tai epigeneettisiä muutoksia

DNA-vaurio, geenimutaatio ja/tai epigeneettinen muutos

Syöpäsolu

Primaarikasvain Syöpäsolun jakautuminen

Syövän leviäminen etäpesäkkeiksi

Kuva 1. Syövän syntyminen ja leviäminen on monen solumuutoksen summa.

Syöpä on osoittautunut vaikeammaksi parantaa kuin kukaan olisi uskonut muutama vuosikymmen sitten. Yhä useampi kuitenkin selviää hengissä sairaudestaan, sillä nykyisin noin 65 prosenttia syöpädiagnoosin saaneista ihmisistä on elossa viiden vuoden kuluttua. Erityisesti lasten syöpien hoidossa on tapahtunut hyvin merkittävää edistymistä: esimerkiksi yleisimpään lapsuusiän syöpään eli akuuttiin lymfaattiseen leukemiaan sairastuneista 85 prosenttia on elossa viiden vuoden kuluttua. Elintavoilla suuri merkitys sairastuvuuteen Positiivisesti kehittyneet selviytymisindeksit ovat kenties paras osoitus tehostuneesta syöpädiagnostiikasta, uusista terapiamuodoista syövän tukihoidot mukaan lukien ja muuttuneista elintavoista. Tupakointi on vähentynyt, ja myönteistä kehitystä on tapahtunut myös ruokatottumuksissa ja liikunnan harrastamisessa. Yli kolmasosa kaikista syövistä olisi ennalta estettävissä henkilökohtaisilla valinnoilla. Tupakan poltto on suurin yksittäinen syövän riskitekijä. Tutkijat arvioivat, että jos kaikki lopettaisivat tupakoinnin, syöpäkuolemat vähentyisivät vähintään neljänneksellä. Toinen selvä riskitekijä on altistuminen ionisoivalle säteilylle ja auringon UV-säteille. Esimerkiksi Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuus, Hiroshiman ja Nagasakin atomipommit, köyhdytettyä uraania (U238) sisältäneiden ammuksien jäänteet ja UV-B säteily ovat kaikki kytköksissä huomattavasti kohonneeseen syöpäriskiin. VTT IMPULSSI – TIEDE

Suojautuminen auringolta maailmanlaajuisesti voisi estää yli satatuhatta ihosyöpää vuosittain. Muita tunnettuja syövän riskitekijöitä ovat runsasrasvainen ruoka ja alkoholi. Runsaasti antioksidantteja, hyödyllisiä rasvahappoja ja kuituja sisältävä ruokavalio näyttää vähentävän tiettyjen syöpien määrää. Tällaisessa ruokavaliossa käytetään esimerkiksi paljon marjoja, hedelmiä, vihanneksia, oliiviöljyä ja kokojyväviljaa. Tulokset ovat kuitenkin vaihtelevia. Jokainen meistä voi omilla valinnoillaan vaikuttaa omaan ja läheisensä syöpäriskiin. Tutkimuksen viimeaikaiset polttopisteet Perustieto syöpäsolujen erityispiirteistä on lisääntynyt huimasti viimeisen kahden vuosikymmenen aikana. Tietämys on kasvanut erityisesti ihmisen ja muutaman tärkeän malliorganismin perimän emäsjärjestyksen selvittämisen jälkeen. Nykyisin syövän perustutkimus on yleisesti keskittynyt neljän biologisen kysymyksen selvittämiseen: miksi normaalit solut muuttuvat pahanlaatuisiksi (solujen transformaatio), miten etäpesäkkeet syntyvät (metastaasi), minkälainen on kasvainten mikroympäristö ja mitä ominaisuuksia syöpäkantasoluilla on. Näiden tutkimuslinjojen rinnalla tutkijat pyrkivät kehittämään uusia tutkimusmalleja, jotka jäljittelisivät nykyistä paremmin kasvaimen biologiaa koeputkessa. Syöpätutkimus on jo löytänyt lukuisia normaalien ja syöpäsolujen välisiä eroja. Nä29


TIEDE

Saatavan tiedon valtava määrä jarruttaa tiedon parasta hyödyntämistä.

mä ovat auttaneet ymmärtämään, miten solujen transformaatio voi tapahtua. Nykyisen hypoteesin mukaan pääsyyt muutosprosessille ovat syöpää synnyttävien geenien (onkogeenit) aktivoituminen ja/tai syövänestogeenien (suppressorigeenit) virheellinen toiminta. Nämä tekijät antavat solulle kasvupotentiaalia ja estävät solukuolemaa. Esimerkiksi EML4-AKL-fuusio-onkogeenin aiheuttama transformaatio tunnistettiin vuonna 2007. Nykyisin sitä pidetään yhtenä merkittävimmistä syistä ei-pienisoluisen keuhkosyövän (adenokarsinooman) syntyyn. Muita vastaavia onkogeenejä ovat mm. BRAF, EGFR, HER2, KIT ja KRAS, joiden poikkeavuuksien (”driver”-mutaatiot) on osoitettu aiheuttavan syöpää eri kudoksissa. Paikallinen kasvain ei yleensä tapa potilasta, vaan kuoleman aiheuttaa syövän leviäminen muihin kudoksiin. Tästä syystä syöpäsolujen infiltraation ja etäpesäkkeiden muodostumisen mekanismit ovat erittäin kiinnostavia. Levitäkseen syöpäsolujen on käytävä läpi useita molekyylitason muutoksia, joiden avulla ne irtautuvat alkuperäisestä kasvaimesta, siirtyvät verenkiertoon ja/tai imunestejärjestelmään ja edelleen sieltä pois sekä kiinnittyvät uuteen kasvupaikkaan kehon puolustusmekanismeja vältellen. Tutkimuskentällä on edistytty muun muassa SRC-, MET- ja integriinigeenien tutkimuksessa. Näiden toimintahäiriöt on liitetty syövän leviämisen biologiaan. Esimerkiksi MET-geenin vääräaikainen aktivoituminen laukaisee useita haitallisia solunsisäisiä reaktioita, jotka lisäävät kasvaimen kasvua ja sen sisältämien verisuonten kehittymistä sekä auttavat syöpäsoluja leviämään muualle kehoon. Tutkimalla kasvainten sisäistä rakennetta ja mikroympäristöä pyritään selvittämään syöpäsolujen ja niitä ympäröivien normaalien so30

lujen ja kudosten vuorovaikutuksia, joiden on havaittu vaikuttavan muun muassa syöpäkudoksen kasvunopeuteen ja syövän leviämiseen. Kasvainsolujen ja sidekudossolujen väliset riippuvuussuhteet ovat myös potentiaalinen hoitokohde, kun pyritään estämään esimerkiksi kasvainta ravitsevan verisuonituksen kehittyminen. Syövän kantasolut ovat kuuma tutkimusalue. Tämä johtuu hypoteesista, jonka mukaan vain syöpäkantasolut pystyisivät muodostamaan uuden kasvaimen toisessa kehon osassa syöpäsolujen vaelluksen jälkeen. Jos ajatussuunta osoittautuu oikeaksi ja vain pieni osa syöpäsoluista pitää yllä kasvuja leviämispotentiaalia, sillä on merkittävä vaikutus taistelussa syöpää vastaa. Taudin diagnostiikka aikaistuu ja tarkentuu, ja kohdistetut terapiamahdollisuudet kasvavat. Hedgehog- ja Wnt-signaalipolut ovat oleellisia normaalille alkionkehitykselle ja kudosten muodostumiselle, mutta molemmat palvelevat myös syöpää. Erityisesti syöpäkantasoluteorian osalta näiden signaalipolkujen häiriöt saattavat selittää, miksi osalla syöpäsoluista säilyy kontrolloimaton itseuudistumis- ja leviämiskyky. Molemmat signaalipolut ovat myös potentiaalisia hoitokohteita etäpesäkkeiden muodostumisen estämiseksi. Tutkimusteknologioiden edistysaskeleet Teknologian yleinen kehitys edistää useiden sairauksien tutkimista ja hoitoa. Syöpätautien kohdalla erityisesti molekyylibiologian, diagnostiikan ja systeemibiologian tutkimuslaitteistojen viimeaikainen huima kehitysvauhti on mahdollistanut siirtymisen yhden tai muutaman geenin tarkastelusta jopa kymmenientuhansien geenien toiminnan samanaikaiseen selvittämiseen. Tutkimuksessa eletään nyt postgenomista aikakautta, jossa käytetään erilaisia koko geno­ mitietoa hyödyntäviä ”omiikka”-teknologioita, VTT IMPULSSI – TIEDE


File: Marko Kallio Filosofian tohtori ja solubiologian dosentti Marko Kallio toimii VTT:llä johtavana tutkijana Terveyden ja hyvinvoinnin osaamiskeskuksessa. Hänen tutkimustyönsä keskittyy syöpäsolujen jakautumisen molekyylibiologiaan sekä uusien syöpäsoluja tuhoavien lääkeaihioiden tunnistamiseen. Kallio on työskennellyt VTT:llä tiimipäällikkönä vuodesta 2004 alkaen. Tätä ennen hän oli viisi vuotta USA:ssa ensin post-doc-tutkijana Virginian yliopistossa ja sitten apulaisprofessorina Oklahoman yliopistossa.

VTT IMPULSSI – TIEDE

Kuva 2. 3D-syöpäsolumallien kehitystyö etenee VTT:llä. Syöpä- ja tukikudossolujen yhteiskasvatuksessa muodostuu rakenteita, jotka matkivat kasvaimen mikroympäristöä ja histologiaa eturauhassyövissä. A) Graafinen esitys kasvainrakenteista. B) Mikroskooppikuva VTT:n 3D-yhdistelmäviljelymallista. C) Fluoresenssimikroskooppikuva vasta-aineilla leimatusta 3Deturauhassyöpä- ja tukikudossolujen yhdistelmäviljelystä (DNA: sininen, integriini-ß1: punainen ja aktiini: vihreä). Kuvat Matthias Nees ja Malin Åkerfelt.

A

kuten transkriptomiikkaa, proteomiikkaa, metabolomiikkaa ja bioinformatiikkaa. Tällä hetkellä maailmalla on käynnissä mittavia kansainvälisiä syöpätutkimusprojekteja, joissa esimerkiksi pyritään sekvenoimaan 25 000 kasvaimen genomi tai tunnistamaan onkogeenien mutaatiot yli 1 000 potilaan keuhkosyöpänäytteistä. Uutena haasteena on saatavan tiedon valtava määrä, mikä jarruttaa sen parasta hyödyntämistä. Kansainvälisesti tai kansallisesti keskitetyt biopankit ja bioinformatiiviset ratkaisut tähtäävät osaltaan tämän pullonkaulan poistamiseen. Seuraavassa keskitytään kahteen tärkeään tutkimusteknologian osa-alueeseen, joissa molemmissa VTT on aktiivisesti mukana. 3D-solumallit avuksi Valtaosa käynnissä olevista syöpätutkimuksista tehdään muovialustalla kasvatetuilla syöpäsolulinjoilla, jotka on saatu aikaan kasvainkudoksesta tai primaarisoluviljelmästä transformaation kautta. Useimmat kasvatetut solulinjat poikkeavat selvästi normaaleista saman kudostyypin soluista, koska ne eivät erilaistu tai kuole. Muovialustalla viljellyt syöpäsolut poikkeavat kasvaimen soluista myös siksi, että ne eivät kykene muodostamaan solukkorakenteita eikä niillä ole vuorovaikutuksia muiden solutyyppien kanssa. Näiden puutteiden vuoksi muovilla viljellyillä soluilla saadut tutkimustulokset voivat poiketa huomattavasti eläinkoe- ja kliinisistä koetuloksista, mikä hankaloittaa perustutkimuksen soveltamista esimerkiksi lääkekehitykseen. Uusien syöpäsolumallien uskotaan tuovan osaratkaisun tähän ongelmaan.

B

C

100 µm

Yksi vaihtoehto ovat niin kutsutut kolmiulotteiset solumallit, joissa normaalit tai syöpäsolut kasvatetaan muovialustan sijaan geelimäisessä väliaineessa (matriksi). Väliaine sallii solujen muodostavan erilaistumisen kautta muodoltaan ja toiminnaltaan samankaltaisia 3D-solukkorakenteita, joita tavataan niissä kudoksissa, mistä solut ovat alun perin peräisin. Mallit soveltuvat erityisesti epiteeli- ja endoteelisolujen tutkimiseen, koska nämä solut kykenevät erilaistumaan väliaineessa ja ilmentävät siten monia kudossoluille tyypillisiä fysiologisia piirteitä ja toimintoja toisin kuin muovialustoilla viljellyt solut. Viimeisin ja hyvin haasteellinen kehitysalue 3D-solumalleissa ovat eri solutyyppien yhdistelmäviljelmät, joilla pyritään mallintamaan kasvainten mikroympäristöä (kuva 2). 3D-yhdistelmäviljelyn avulla pystytään tutkimaan entistä paremmin syöpä- ja tukikudossolujen välisiä vuorovaikutuksia ja niiden merkitystä solujen erilaistumiselle ja transformaatiolle. 3D-viljeltyjä solurakenteita voidaan käsitellä muun muassa erilaisilla lääkeaineilla tai kasvutekijöillä, ja rakenteiden sisältämien solujen genomeja voidaan manipuloida kokeellisesti. 3D-solukkoja voidaan analysoida monipuolisesti elävinä kuvantamalla, ja niitä voidaan kerätä suuria määriä erilaisiin biokemiallisiin määrityksiin. Näiden vahvuuksien ansiosta 3D-syöpäsolumallit sijoittuvat perinteisten muovialustasolumallien ja in vivo -eläinkokeiden väliin. Ne palvelevat erilaisissa syöpäbiologisissa ja farmakologisissa koejärjestelyissä antaen entistä täsmällisempää ja biologisesti merkityksellisempää tietoa esimerkiksi kehitteillä olevi31


TIEDE

Uudet diagnostiikkatyökalut auttavat määrittämään syövän alatyypin ja tehokkaimman lääkkeen.

en lääkeaineiden vaikutuksista ennen kalliiden eläinkokeiden aloittamista. Jatkossa 3D-syöpäsolumalleja hyödynnetään varmasti myös syöpäkantasolututkimuksissa, minkä uskotaan lisäävän huomattavasti ymmärrystä syöpien syntyprosesseista ja hoitomahdollisuuksista. Diagnostiikka tähtää yhä yksilöllisempään hoitoon Kahden potilaan rintasyövät voivat perinteisin diagnostiikkamenetelmin näyttää täysin samanlaisilta, mutta niiden lääkeainevaste voi poiketa toisistaan huomattavasti syöpäsolujen geneettisten eroavuuksien vuoksi. Syövän diagnostiikka voidaan jakaa karkeasti kliiniseen patologiaan ja seulontaan. Molempien diagnostiikkamuotojen kohdalla tapahtuu kehitystä vuosittain, kun uusia vasta-aineita ja geenikoettimia otetaan käyttöön solu- ja kudosnäytteiden analyyseissä. Näiden työkalujen rinnalle rutiinikäyttöön on nousemassa lähitulevaisuudessa molekyylipatologisia menetelmiä, kuten DNAsekvenointi ja molekyylikaryotyyppikartoitus. Niiden avulla voidaan määrittää syöpäsolujen geenimutaatiot ja muut DNA-muutokset erittäin tarkasti. Syövän diagnostiikka kuvantamistekniikoilla on ottanut merkittäviä edistysaskeleita viimeisen vuosikymmenen aikana. Mammografia ja tietokonetomografia säilyvät jatkossakin perustekniikoina, mutta ne myös kehittyvät edelleen muun muassa tehostuneiden hahmontunnistus- ja analyysiohjelmien ansiosta. Magneettikuvauksen (MRI) ja etenkin positroniemissiotomografian (PET) käyttö syöpä32

diagnostiikassa lisääntyy ja muuttuu rutiininomaiseksi erityisesti syövän levinneisyyden ja hoitovasteen määrittämisessä. Kaikki yllä mainitut diagnostiset työkalusalkut auttavat tulevaisuudessa määrittämään nykyistä täsmällisemmin syövän alatyypin ja valikoimaan siihen parhaiten tehoavan lääkkeen. Ne auttavat myös entistä tarkemman hoitoennusteen antamisessa ja kasvaimen lääkeainevasteen seuraamisessa. Kaikkiaan nykyinen kehitys syöpädiagnostiikassa tähtää yhä yksilöllisempään hoitoon, joka tullee nostamaan potilaiden keskiarvoista viiden vuoden selviytymisindeksiä. Välillisenä vaikutuksena hoidon kustannukset alentuvat, kun kalliit lääketerapiat voidaan kohdentaa niistä parhaiten hyötyville potilaille ja virheellinen (yli)diagnostiikka vähenee. Toisaalta kustannukset lisääntyvät, kun diagnostiselta henkilökunnalta vaaditaan entistä suurempaa asian- ja laitetuntemusta. Lisäksi sairaaloiden näytevolyymit sekä seulontajoukkomäärät kasvavat vuosittain. Uudet hoitomuodot kehittyvät Kiinteiden syöpäkasvainten ensisijaisena hoitomuotona säilyy kirurginen hoito, jota säde- ja lääkehoidot täydentävät. Täsmentynyt diagnostiikka sekä leikkaus- ja kuvantamisteknologioiden kehitys mahdollistavat entistä tarkemman leikkausalueen määrittämisen sekä primaari- ja korjausleikkauksen yhdistämisen. Kirurgiassa haasteena on vaaditun osaamisen turvaaminen, kun koulutuksen tarve kasvaa jatkuvasti. Myös tarvittavien moniammatillisten sairaalatiimien ylläpito on hankalaa nykyisten VTT IMPULSSI – TIEDE


mikrotubulus

kromosomi

mikrotubulus

kromosomi

0 tuntia 12 tuntia

Ihmisen kromosomi liikkuu ja jakaantuu mikrotubuluksien avulla solujaon aikana

24 tuntia Hec1-proteiinikompleksi

Hec1-inhibiittori

Hec1-proteiinikompleksi kytkee mikrotubulukset kiinni kromosomeihin

VTT:llä tunnistetut Hec1inhibiittorit estävät normaalit kytkennät mikrotubulusten ja kromosomien välillä

Hec1-inhibiittorit salpaavat syöpäsolujen jakautumista aiheuttaen solujen kuolemaa

Kuva 3. VTT:n Hec1-lääkeaihio salpaa syöpäsolujen jakautumisen ja aiheuttaa solukuolemaa. Kuva Marko Kallio.

terveydenhuollon säästötoimenpiteiden kaudella. Sädehoidon tarve lisääntyy lähitulevaisuudessa sen hyvän tehon, edullisuuden ja siedettävyyden takia. Uusien kuvantamisteknologioiden, kuten MRI:n ja PET:n, käyttö joko yksin tai yhdistelmänä auttaa jo nyt sädehoitojen suunnittelussa ja kohdistamisessa. Vasta-aineiden käyttö säteilevien isotooppien kuljettimina kasvaimeen (radioimmunologia) yleistyy ja edelleen tarkentaa hoitoa. Myös boori­ neutronisädehoito on erittäin lupaava täsmäase erityisesti pään ja kaulan syöpien hoidossa. Tässä VTT ja sen partnerit voisivat olla tutkimuksen eturintamassa, jos Otaniemessä olevan boori­ neutronisädehoitoon soveltuvan tutkimus­ reaktorin rahoitusongelmat saadaan ratkaistua. Uusia tuulia sädehoitosektorilla ovat protoneja ja hiili-ioneja tuottavat laitteet, jotka mahdollistavat äärimmäisen tarkan hoidon rajauksen. Suomessa ei näitä laitteita vielä ole. Syövän torjunta rokotuksilla on herättänyt mielenkiintoa ja keskustelua. Papilloomavirusinfektion (HPV) merkitys kohdunkaulan syövän syntymisessä on kiistaton. Myös hepatiittivirusinfektioiden (HBV, HCV) on todettu lisäävän maksasyövän riskiä. Saatavilla olevat HPV-rokotevalmisteet suojaavat virusinfektiolta ja siten myös kohdunkaulan syövän esiasteilta. Pohdinnan alla olevalla rokotusohjelmalla voitaisiin parhaassa tapauksessa estää noin 150 kohdunkaulan syöpätapausta Suomessa vuosittain. Lääkehoitojen ja biologisten hoitojen määrän ennustetaan kasvavan vuosittain, koska eräät uudet lääkemolekyylit ja vasta-aine­ VTT IMPULSSI – TIEDE

terapiat tepsivät jopa tiettyihin levinneisiin syöpiin. Vuosituhannen vaihtumisen jälkeen eri maiden lääkevirastot ovat hyväksyneet yli 80 syöpälääkettä kliiniseen käyttöön ja uusia hyväksytään 5–15 vuosittain. ”Täsmälääkkeet” kuten Erbitux (setuksimabi), Glivec/Gleevec (imatinibimesylaatti) ja Herceptin (trastutsumabi) keskittävät vaikutuksensa tiettyihin syöpäsoluissa aktivoituneisiin signaalipolkuihin ja tehoavat siten parhaiten niihin syöpäalatyyppeihin, jotka ovat seurausta lääkkeen kohdegeenin tai kohdesignaali­ polun häiriöstä. Kun syövän molekyylibiologian ymmärrys paranee, molekyylipatologinen diagnostiikka yleistyy ja täsmälääkkeet lisääntyvät, todellinen yksilöidyn terapian aikakausi alkaa. Tämän saavuttaminen tulee kuitenkin vaatimaan muutakin kuin pelkkää tutkimusta ja uusia lääkkeitä. Tarvitaan myös suuria ja kalliita muutoksia kansallisesti ja kansainvälisesti: tutkimuslaitoksien ja sairaaloiden on kyettävä entistä tehokkaampaan yhteistyöhön ja tiedonsiirtoon ja syöpähoitoja pitää keskittää entisestään. Lisäksi syöpätutkimuksen ja diagnostiikan kehittämisen rahoitus pitää turvata, jotta Suomen kyky tuottaa uusia innovaatioita syövän voittamiseksi säilyy vahvana. VTT:n panos syövän torjunnassa VTT:llä on vuodesta 2003 alkaen tehty kansainvälisesti korkeatasoista syöpätutkimusta sekä kehitetty uusia teknologioita palvelemaan syöpä- ja systeemibiologeja. 33


TIEDE

5 µm

150 µm

mm 128 1 mm Lähes 30 000 yksittäistä solusaareketta kasvatetaan VTT:n kehittämällä pienellä biolastulla. Yksi saareke on läpimitaltaan n. 150 mikrometriä ja se sisältää 50-200 solua. Jokaisessa solusaarekkeessa estetään yhden ihmisen geenin toiminta, jolloin biolastulla saavutetaan genominlaajuinen geenianalyysikapasiteetti.

Geenien toimintahäiriöiden vaikutukset analysoidaan kuvantamalla biolastun solusaarekkeet. Vasemmalla lukijalaitteen kuvaamaa biolastua. Yllä mikroskooppikuvia vasta-aineleimatusta solusaarekkeesta.

Kuva 4. VTT:n CellSpot-Microarray-menetelmä tehostaa syöpägeenien genominlaajuista tutkimista.

Alan tutkimus ja kehitys on VTT:llä keskittynyt Terveyden ja hyvinvoinnin osaamiskeskuksen yksikköön Turussa, missä perustutkimus on syventynyt hormonaalisten syöpien, kuten eturauhasen syövän ja rintasyövän molekyylibiologiaan. Toinen syventymiskohde ovat yleiset syöpäbiologiset kysymykset, kuten miksi syöpäsolut jakaantuvat ilman kontrollia ja miten ne leviävät. Lisäksi käynnissä on lääketutkimusta, jolla pyritään tunnistamaan uusia lääkeainekohteita ja syöpäsolukkojen kasvua hillitseviä pienmolekyylejä. Merkittävimpiä viimeaikaisia tuloksia ovat olleet muun muassa HES6-geenin toiminnan selvittäminen glioomassa, integriini-signalointivirheiden merkityksen selventäminen syöpäsolujen vaeltamisessa, lysofosfatidihapon ja sfingosiini1-fosfaatin roolin selvittäminen eturauhasen syövän leviämisessä sekä lääketeollisuudessa kiinnostusta herättäneen Hec1-lääkeaihion tunnistaminen (kuva 3). VTT on mukana monessa kansainvälisessä syöpähankkeessa, joista suurin on EU:n ja eurooppalaisen lääketeollisuuden rahoittama PREDECT-hanke. Tämän viisivuotisen ja 17 miljoonan euron jättiprojektin tavoitteena on kehittää uusia syöpämalleja sekä verrata niillä saatuja tuloksia kliinisiin koetuloksiin ja näin parantaa lääkeaineiden alkuvaiheen tutkimusta. Teknologiapuolella on kehitetty kolme uutta tutkimusalustaa – CellSpot-Microarray, Arrays-in-Wells ja Proteiinilysaattiarray – sekä uusia 3D-syöpäsolumalleja. 34

CellSpot-Microarray on miniatyrisoitu geenitutkimuslastu, joka mahdollistaa nopean genominlaajuisen ihmisen geenien toiminta-analyysin (kuva 4). Arrays-in-Wells on pieni mittausalusta monimuotoiseen diagnostiikkaan, ja Proteiinilysaattiarray on miniatyrisoitu biolastu monipuolisiin proteiinitasomäärityksiin. Näiden teknologioiden pilottihankkeet ovat nyt loppusuoralla, ja maaliin päässeet sovellukset ja alustat pyritään kaupallistamaan yhteistyössä teollisuuden kanssa. Tulevaisuuden visio vuodelle 2025 Vuonna 2025 uusia syöpätapauksia todetaan vuositasolla 30 prosenttia enemmän kuin nyt. Suurimmat syyt nousevaan potilaslukumäärään ovat väestön ikääntyminen, tarkentunut diagnostiikka ja kehittyvien maiden elintason kohoaminen, joka tuo jopa satoja miljoonia uusia ihmisiä ensikertaa syöpädiagnostiikan piiriin. Syöpäkuolleisuus on länsimaissa edelleen pienentynyt, mutta syvä kuilu kehittyviin maiden verrattuna syövän hoidossa ei ole muuttunut. Yli 70 prosenttia syöpäkuolemista tapahtuu yhä matalan ja keskitulotason maissa. Syövän hoidossa uudet räätälöidyt terapiamuodot ovat yleistyneet etenkin länsimaissa, mutta hoitojen kalliit hinnat rajoittavat niiden käytön leviämistä. Vuoteen 2025 mennessä syöpätutkimuksessa on otettu muutamia merkittäviä edisVTT IMPULSSI – TIEDE

Kuva Petri Saviranta ja Juha Rantala.

20 µm 85 mm


tysaskeleita ja tutkijat ymmärtävät silloin nykyistä paremmin syövän syntymekanismeja ja leviämisen syitä. Lisäksi tulokset normaalien ja syöpäsolujen geneettisistä ja toiminnallista eroista sekä syöpäkantasoluista ovat mahdollistaneet täysin uusien terapiamuotojen kehittämisen. Näistä ensimmäiset ovat kliinisessä käytössä. Tutkimusta edistävät myös uudet biopankit ja keskitetyt tiedonlouhintapajat. Innovatiiviset 3D-syöpäsolumallit tukevat perustutkimusta ja lääkekehitystä ja nopeuttavat uusien lääkeaineiden markkinoille tuloa. Syövän hoidossa on otettu käyttöön uusia kirurgisia säde- ja lääkehoitomuotoja, joiden avulla etenkin paikallinen syöpä voidaan parantaa entistä useammin. Etäpesäkkeiksi levinnyt syöpä ja syövän uusiminen ovat vuonna 2025 edelleen suuria ongelmia, joita pyritään hallitsemaan täsmälääkkeillä kuten kasvaimen verisuonituksen salpaajilla ja syöpäkantasolutappajilla. Diagnostiikan ja lääkekehityksen moottoreina toimivat uudet teknologiset läpimurrot, kuten neljännen sukupolven DNA-sekvenointikoneet, joiden ansiosta potilaan kasvaimen genomi voidaan syvä-sekvenoida kustannustehokkaasti muutamassa päivässä. Sekvenointitieto ja uudet biomarkkerit mahdollistavat entistä varhaisemman ja tarkemman tautimäärityksen, potilaskohtaisen lääkevalinnan kasvaimen genomin perusteella sekä hoitovasteen lähes reaaliaikaisen seuraamisen. Ihmiset kiinnittävät yhä enemmän huomiota omaan terveyteensä ja välttävät altistusta todistetusti syöpää aiheuttaville tekijöille, joita tunnetaan vuonna 2025 selvästi enemmän kuin tällä hetkellä. Näistä edistysaskeleista huolimatta taistelu syövän kokonaan voittamiseksi tulee vaatimaan yhä vähintään vuosikymmeniä, jos se on mahdollista koskaan. Toisaalta tautia voidaan koko ajan hallita entistä paremmin ja yhä useampi syöpäpotilas parantuu pysyvästi. Vuonna 2025 VTT on yksi johtavista teknologialaitoksista, jossa kehitetään innovatiivisia syöpä- ja systeemibiologian sekä diagnostiikan ratkaisuja. Ensimmäiset sovellukset kuten Arrays-In-Wells ja CellSpot-Microarray ovat jo laajassa käytössä hyödyntämässä syöpätutkimusta ympäri maailman. VTT IMPULSSI – TIEDE

Vuonna 2025 uusia syöpätapauksia todetaan vuosittain ­ 30 prosenttia enemmän kuin nyt.

Lähteet Greaves, M., Maley, CC. 2012. Clonal evolution in cancer. Nature. 481, s. 306–316. Hermanson, T., Vertio, H. ja Mattson, J. 2009. Syövän hoidon kehittäminen vuosina 2010–2020, työryhmän raportti. ISBN 978952-00-2971-5. Nguyen, L.V., Vanner, R., Dirks, P., Eaves, C.J. 2012. Cancer stem cells: an evolving concept. Nat Rev Cancer. 12, s. 133–143. Pao, W., Girard, N. 2011. New driver mutations in non-small-cell lung cancer. Lancet Oncol. 12, Feb;12(2), s. 175–80. Soda et al. 2007. Identification of the transforming EML4–ALK fusion gene in non-small-cell lung cancer. Nature. 448, s. 561–566. Suomen syöpärekisterin kotisivut, http://www.cancer.fi/syoparekisteri/tilastot/ World Health Organization – Cancer-verkkosivut, http://www. who.int/mediacentre/factsheets/fs297/en/

35


TIEDE

Teksti: Lasse Makkonen

Pintojen fysiikkaa uusiksi Nanomittakaavan mittaus- ja mallinnusmenetelmien edistysaskeleista huolimatta eräät pintafysiikan perusilmiöt tunnetaan huonosti. Tarvitaan uudenlaista ajattelua.

K

iinteän aineen pinta on keskeinen tekijä lukemattomissa arkipäivän ilmiöissä ja teollisissa prosesseissa. Pintojen fysiikan ymmärtäminen ja uudentyyppisten pintojen kehittäminen ovat siksi suuria teknologisia haasteita, ja valtava määrä tutkimus- ja kehitystyötä keskittyy tähän aihepiiriin myös VTT:ssä. Tavoitteena ovat esimerkiksi kulumattomat ja hyvin liukkaat pinnat sekä vettä ja likaa hylkivät pinnat. VTT:ssä kehitetään myös funktionaalisia pintoja, joiden ominaisuudet muuttuvat olosuhteiden mukaan. Käytettävissä on monia hyvin kehittyneitä pintailmiöiden mittaamisen ja pintojen ominaisuuksien karakterisoinnin menetelmiä (kuva 1). Esimerkiksi atomivoimamikroskopian avulla voidaan tutkia pintoja aina nanomittakaavaan saakka. Pintoja voidaan tutkia myös teoreettisesti niin sanotun molekyylimallinnuksen avulla. Siinä mallinnetaan laskennallisesti tietokoneella suuren molekyylijoukon käyttäytymistä yhdessä, kun molekyylien vuorovaikutusvoimat oletetaan tunnetuiksi. Tällaisten atomimittakaavan ja käytännön ilmiöiden välinen yhteys ei kuitenkaan ole aivan yksiselitteinen, eikä molekyylimallinnuksella ole pystytty selittämään läheskään kaikkia pintailmiöitä. Klassista fysiikkaakin siis tarvitaan edelleen. Liukas ja tarttuva jää Otetaan esimerkiksi jää. Jään pinnan liukkaus myötävaikuttaa kymmeniin tuhansiin auto-onnet36

tomuuksiin maailmassa vuosittain. Suomessa ihmisiä kuolee ja loukkaantuu auto-onnettomuuksiakin enemmän jalankulkijoiden liukastumistapaturmissa. Niissä jään liukkaudella on keskeinen merkitys. Hyötyä jään liukkaudesta on talviurheilussa, ja siihenkin liittyen on VTT:ssä tehty kokeellista työtä (kuva 2). Jään liukkauden teoreettisen ymmärtämisen kehittyminen voisi kuitenkin ohjata kehitystä eri sovelluksissa oikeaan suuntaan ja tuottaa uusia ideoita. Michael Faraday ja lordi Kelvin kiistelivät jään liukkauden syystä jo 150 vuotta sitten. Asian selvittämiseksi tarvittiin kuitenkin uusia tapoja soveltaa klassista fysiikkaa. VTT:n erikoistutkija Pekka Oksanen kehitti väitöskirjassaan termodynaamisen mallin, joka perustuu kitkalämmityksen jään pintaan sulattaman vesikerroksen voiteluun. Tätä mallia kehitetään VTT:ssä edelleen. Lasse Makkonen puolestaan osoitti virheelliseksi vanhan selityksen sille, että paljaan jään pinnalla esiintyy nestemäinen kerros myös 0 celsius-astetta alemmissa lämpötiloissa. Hänen työnsä mukaan pintasulaminen jäällä johtuu pinnan itsensä aiheuttamasta pintapaineesta. Näitä malleja on sovellettu VTT:ssä esimerkiksi autonrenkaiden kehittämisessä. VTT:ssä tutkitaan myös jään tarttumista pintoihin. Siinäkin sovelluksia on paljon. Jäätyminen on esimerkiksi merkittävä lentoVTT IMPULSSI – TIEDE


onnettomuuksien syy ja haittaa tuulivoimaloiden toimintaa arktisissa oloissa. Jälkimmäistä ajatellen VTT:ssä on kehitetty tuulivoimalan lapojen jäätymisen estojärjestelmä, jonka käyttö laajenee jatkuvasti. Näistä tutkimuksista raportoitiin kesällä Science-lehden uutisessa.

Kitkan ja kulumisen mittaaminen

Pinnalla on energiaa Pintojen fysiikan teoriassa keskeinen käsite on pintaenergia. Pintaenergialla tarkoitetaan sitä työtä, mikä pinnan muodostamiseen tarvitsee vähintään tehdä. Esimerkiksi kappaleen halkaisemiseen täytyy tehdä työtä. Osa tästä työstä voi kulua muodonmuutoksiin. Pintaenergialla tarkoitetaan sitä työtä, mikä pinnan luomiseksi on tehtävä, vaikka mitään muodonmuutoksia ei olisikaan.

Kiinteällä aineellakin on pintaenergia, mutta onko sillä myös pintajännitys? Tämä Willard Gibbsin esittämä käsite on termodynaaminen suure, eikä termodynamiikka ota kantaa siihen, mihin tällainen energia on varastoitunut pinnassa atomitasolla. Se on kuitenkin olemassa kaikilla pinnoilla, ja sen voidaan tulkita liittyvän atomivoimien epätasapainoon rajapinnan yli. Periaatteessa se pitäisi pystyä mittaamaankin. Pintaenergian määrittäminen kiinteille aineille on kuitenkin ollut ongelmallista. Se on sitä myös kiinteän aineen ja nesteen rajapinnalle, mikä on haitannut sulamisen ja nesteen jähmettymisen mikrofysiikan ymmärtämistä. Tällainen mikrofysiikka puolestaan on keskeinen ilmiö esimerkiksi metallien valmistuksessa. Onko kiinteällä aineella pintajännitys?

Kuva 1. Teknologiapäällikkö Aino Helle valmistelee laboratoriossa koetta kitkan ja kulumisen mittaamiseen korkeassa lämpötilassa.

Kuva 2. Erikoistutkija Risto Hakala vetää kenttätutkimuksessa kitkanmittauskelkkaa lumella. Tutkija Erkki Järvinen tuottaa mittauksessa tarvittavan normaalivoiman (kuva vuodelta 1986).

Nesteiden pintaenergia on sama kuin niiden pintajännitys. Se on helppo mitata esimerkiksi nesteen tietyissä oloissa muodostaman pisaran koon avulla. VTT IMPULSSI – TIEDE

37


TIEDE

Kuva 3. Leonardo da Vincin hahmotelma, jossa esitetään kitkavoiman riippumattomuus pinta-alasta normaalivoiman ollessa vakio. Lähde: www.tribology-abc.com/abc/history.htm

Tästä on luonnollisesti seurannut kysymys: koska kiinteällä aineellakin on pintaenergia, onko sillä myös pintajännitys? Kysymys on tärkeä esimerkiksi elektrokapillaaristen ilmiöiden ja mikrosensoreiden kehittämisessä. Asialla on vaikutusta myös nanoteknologiassa, jossa pintojen kaarevuuteen liittyvät voimat ovat merkittäviä. Tähän kysymykseen esitettiin ratkaisua 60 vuotta sitten niin sanotun Shuttleworthin yhtälön muodossa. Yhtälön mukaan kiinteän aineen pinnalla on pintajännitys samaan tapaan kuin nesteen pinnalla, mutta se ei ole samansuuruinen. Shuttleworthin yhtälöä on yleisesti pidetty yhtenä pintojen termodynamiikan perusyhtälöistä. Kolme vuotta sitten englantilainen David Bottomley ja VTT:n tutkijat Lasse Makkonen ja Kari Kolari kuitenkin esittivät, että Shuttleworthin yhtälö on ristiriidassa termodynamiikan teorian kanssa. Tästä seurasi vilkas väittely tieteellisissä lehdissä. Tilanne vaati asiaan uuden lähestymistavan. Lasse Makkonen osoittikin sitten matemaattisesti, ettei kiistellyllä yhtälöllä ole mitään yhteyttä pinnan luomiseen tarvittavaan energiaan, koska se sievenee pinnan mekaanisen jännitystilan määritelmäksi. Siten kiinteän aineen pintajännitystä ei aiemmin ajatellussa mielessä ole olemassakaan. Asiaa koskeva käsikirjoitus sai osakseen ensin vastustusta, mutta nousi sittemmin Scripta Materialia -lehden luetuimmaksi artikkeliksi, ja siitä raportoitiin esimerkiksi Materials Today -lehdessä. 38

Mistä kitka aiheutuu? Toinen pintojen fysiikan keskeinen probleema on kitka. Pintojen keskinäiseen liikkeeseen liittyvää liukukitkaa voidaan pitää yhtenä sovelletun fysiikan tärkeimmistä ilmiöistä. Liukukitka vaikuttaa lähes kaikkiin arkipäivän ilmiöihin ja teknologisiin prosesseihin. Esimerkkinä voidaan mainita, että VTT:n tutkimusten mukaan henkilöautoissa käytettiin kitkan voittamiseen yli 200 miljardia litraa polttoainetta maailmanlaajuisesti vuonna 2009. Ottamalla käyttöön kaikissa maailman autoissa parhaat nykyiset käytössä olevat tekniset ratkaisut kitkan voittamiseksi säästöjä voisi teoreettisesti syntyä yli 500 miljardia euroa vuodessa. Edellä jään liukkauden yhteydessä mainittiin, että VTT:ssä kehitetty termodynaaminen jään kitkamalli perustuu kitkalämmityksen aiheuttamaan sulamiseen. Mutta mistä kitka ja kitkalämmitys pohjimmiltaan johtuvat – siis silloin kun kappaleet liukuvat toisiinsa nähden ilman voitelevaa nestettä? Kun liukuva esine uppoaa alustaan, se auraa sitä, jolloin syntyy ura ja mursketta. Niiden muodostamiseen liittyy liikettä vastustava voima. Kulumiseen liittyvää kitkatutkimusta tehdäänkin aktiivisesti VTT:n tribologian tutkimustiimissä, ja siihen liittyviä ilmiöitä osataan käsitellä mekaniikan lakien avulla. Nanomittakaavan kokeissa on kuitenkin osoitettu suuren kitkavoiman vaikuttavan myös sellaisissa liukutilanteissa, joissa sulamista, kulumista tai muodonmuutoksia ei tapahdu. Kysymys kitkan perussyystä onkin ollut tieteellisen tutkimuksen kohteena jo saVTT IMPULSSI – TIEDE


File: Lasse Makkonen Filosofian tohtori Lasse Makkonen toimii VTT:ssa johtavana tutkijana. Hänet tunnetaan parhaiten jään kerääntymisilmiöiden malleista, joita käytetään rakenteiden, kuten mastojen ja voimalinjojen mitoitukseen maailmanlaajuisesti. Makkonen on Helsingin yliopiston dosentti ja on toiminut myös akatemiatutkijana sekä vierailevana professorina Albertan yliopistossa Kanadassa ja Hokkaidon yliopistossa Japanissa. Hänen tuotantoonsa kuuluu yli 60 tieteellistä julkaisua kansainvälisissä julkaisusarjoissa sekä toistakymmentä patenttia.

toja vuosia alkaen Leonardo da Vincin pioneerityöstä (kuva 3). Sen perusteella Charles Coulomb esitti myöhemmin käsitteen kitkakerroin. Se perustui kokeisiin, joiden mukaan kappaleen liikettä vastustava kitkavoima on suoraan verrannollinen sen painoon eli normaalivoimaan. 1950-luvulla Cambridgen yliopiston tutkijat selittivät tämän kitkavoiman muodostuvan pienissä kontakteissa, joiden kokonaispinta-ala on paljon pienempi kuin näennäinen kontakti ja on suoraan verrannollinen tähän kokonaispinta-alaan. Kontaktimekaniikan avulla voidaan puolestaan päätellä, että kokonaispintaala on verrannollinen normaalivoimaan. Tämän edistysaskeleen jälkeen on kehitetty kontaktimekaniikkaa ja pienissä kontakteissa muodostuvan kitkan perussyytä on yritetty selittää hyvin monella tavoin. Menestys on kuitenkin ollut heikkoa. Edes liikekitkan syntymekanismista ei ole muodostunut yksimielisyyttä, eikä siitäkään, mistä kitkaan aina liittyvä kitkalämmitys johtuu. Useimmissa fysiikan oppikirjoissa edelleen todetaan, että kitkan perussyy on tuntematon. Uusi selitys liikekitkalle Mallit pienessä kontaktissa syntyvälle kitkalle ovat perustuneet ajatukseen, että kitka ja kitkalämmitys syntyvät kontaktin rajaaman alueen sisällä tai kontaktien rikkoutuessa. Lasse Makkosen VTT:ssä kehittämä uusi lähestymistapa on aivan toisenlainen. Sen mukaan kitka ja kitkalämmitys syntyvät kontaktien reunoilla. Tällöin mukaan pitää laskea kaikki todellisten kontaktien reunat, jolloin tarkastelu on tehtävä kaikkein pienimpien mahdollisten kontaktien näkökulmasta. Nämä ovat nanomittakaavaa (kuva 4).

MACROSCALE

MILLISCALE

Uuden teorian pohjana on pintaenergian käsite eli se, että termodynamiikan perusteella pinnan luomiseen tarvitsee tehdä työtä. Yksinkertaisin tilanne on se, että kaksi toisiinsa nähden liukuvaa kappaletta ovat samaa materiaalia. Tällöin niiden välisissä olevissa todellisissa nanokontakteissa ei ole rajapintaa. Koska liukutilanteessa uusia nanokontakteja muodostuu koko ajan ja vanhoja katoaa, rajapinnassa on aina sekä kasvavia että pieneneviä nanokontakteja. Pienenevien nanokontaktien reunoilla vapaata pintaa muodostuu lisää, joten pintaenergiaa varastoituu. Tällöin niiden muodostamisessa liikettä ylläpitävän voiman on tehtävä työtä. Siitä syntyy kitkavoima. Kasvavien nanokontaktien reunoilla puolestaan katoaa vapaata pintaa, joka luovuttaa pintaenergiansa. Makkosen teoriassa on osoitettu, että kontaktin reunalla näin vapautuvan pintaenergian on muututtava lämmöksi. Tämä selittää kitkalämmityksen. Teoriaa voidaan helposti laajentaa koskemaan myös eri materiaalien välisiä kontakteja. Uudet teoriat kohtaavat usein vastustusta. Tämänkin ajatuksen julkaistuksi saaminen osoittautui tieteellisissä lehdissä erittäin vaikeaksi siitä huolimatta, että se perustuu ainoastaan fysiikan peruslakeihin ja uuteen tapaan määritellä liukuminen pinnan muodostumisen ja häviämisen avulla. Yksi syy vastustukseen oli niin sanottu klassinen kitkateoria, joka perustuu kontaktien rikkomiseen liittyvän leikkauslujuuden käsitteeseen. Lujuus kuvaa sitä voimaa, joka mitataan hetkeä ennen kuin se saa paikallaan olevan materiaalin rikkoutumaan. Jatkuvassa liukumisessa mikään ei ole paikallaan, joten

MICROSCALE

NANOSCALE

Kuva 4. Kontakti eri mittakaavoissa tarkasteltuna. Lähde: Makkonen (2012c).

VTT IMPULSSI – TIEDE

39


TIEDE

Uudessa kitkamallissa kitka ja kitkalämmitys syntyvät nanokontaktien reunoilla.

tällä tavalla määritelty staattinen parametri ei sovi sen selittämiseen. Juurtuneita näkemyksiä on kuitenkin vaikea muuttaa. Vastustajien joukossa oli epäilemättä myös 1990-luvulla esitetyn niin sanotun adheesiohystereesiteorian kehittäjiä. Tässä mallissa kitkan ajatellaan syntyvän materiaalin elastisen käyttäytymisen takia. Uuteen kitkan mekanismiin perustuva teoria saatiin julkaistuksi vasta, kun sen tueksi löytyi tuloksia USA:ssa tehdyistä nanomittakaavan kitkakokeista. Julkaisu on nyt vapaasti luettavissa American Institute of Physics -organisaation AIP Advances -lehdessä osoitteessa http://link.aip. org/link/doi/10.1063/1.3699027. Artikkeli nousi kesäkuussa lehden luetuimpien artikkelien listan kärkeen. Teoriasta käytäntöön Uuden kitkamallin tulokset ovat sopusoinnussa tunnettujen kokeellisten kitkalakien kanssa. Edellä mainittuihin nanomittakaavan kokeisiin verrattuna se selittää hyvin myös kitkavoiman riippuvuuden materiaalista ja ennustaa sille oikeita lukuarvoja, kun keskimääräisen nanokontaktin kooksi oletetaan realistinen vakioarvo. Tämä mahdollistaa ensimmäistä kertaa materiaaliyhdistelmien kitkakertoimien laskennan teoreettisesti. Tulos myös viittaa siihen, että ainoa teorian soveltamisessa tuntematon asia eli nanokontaktien koko on melko riippumaton materiaalista. Jos tämä osoittautuu yleisesti päteväksi, teorian sovellettavuus kasvaa huomattavasti. Toisaalta uusi teoria tarjoaa uuden näkökulman kitkan hallitsemiseen, jos nanokontaktien kokoon liukutilanteessa voikin vaikuttaa. Tästä on saatu viitteitä eräillä polymeeri40

pinnoilla, joilla molekyyliketjujen orientaation on havaittu vaikuttavan kitkaan. Tulevaisuudessa teorian avulla voitaneen löytää tapoja myös säädellä kitkaa optimoitujen materiaaliyhdistelmien avulla. Uudessa kitkamallissa pintaenergian vapautuminen tapahtuu nanokontaktien reunoilla. Siten kitkalämmitys on tämän teorian mukaan äärimmäisen lokalisoitunutta. Tämä näkemys ja sen mallintaminen molekyylimallien avulla voi johtaa kitkalämmityksen aiheuttaman materiaalin ominaisuuksien muuttumisen, kuten kulumisen ja kiillottumisen parempaan ymmärtämiseen. Lähteet Bottomley, D. J., Makkonen, L., Kolari, K. 2009. Incompability of the Shuttleworth equation with Herman’s mathematical structure of thermodynamics. Surface Science, 603, s. 97–101. Donaldson, L. 2012. Refuting the Shuttleworth equation. Materials Today 15(4), s. 139. Holmberg, K., Andersson, P., Erdemir, A. 2012. Global energy consumption due to friction in passenger cars. Tribology International 47, s. 221–234. Holmberg, K., Ronkainen, H., Laukkanen, A., Wallin, K. 2007. Friction and wear of coated surfaces – scales, modelling and simulation of tribomechanics. Surface and Coatings Technology 202, s. 1034– 1049. Makkonen, L. 1997. Surface melting of ice. Journal of Physical Chemistry B101: s. 6196–6200. Makkonen, L. 2000. On the methods to estimate surface energies. Langmuir 16, s. 7669–7672. Makkonen, L. 2002. The Gibbs-Thomson equation and the solidliquid interface. Langmuir 18 1445-1448. Makkonen, L. 2010. Solid fraction in dendritic solidification of a pure liquid. Applied Physics Letters 96, 091910. Makkonen, L. 2012a. Ice adhesion – theory, measurements and countermeasures. Journal of Adhesion Science and Technology 26, s. 413–445. Makkonen, L. 2012b. Misinterpretation of the Shuttleworth equation. Scripta Materialia 66, s. 627–629. Makkonen, L. 2012c. A thermodynamic theory of sliding friction. AIP Advances 2, 012179. Oksanen, P., Keinonen, J. 1982. The mechanism of friction of ice. Wear 78, s. 315–324. Underwood, E. 2012. Of ice and men. Science NOW, http://news. sciencemag.org/sciencenow/2012/07/of-ice-and-men.html

VTT IMPULSSI – TIEDE


T E K N O LO G I A

Sivut

42–64 VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

41


AVAINSANAT asiamies, pk-yritys, yrittäjä AVAINHENKILÖT Jyrki Peltomaa, Juha Riikonen AVAINVIESTI Jyrki Peltomaa myy V T T:n palveluja pk-yrityksille ja yrittäjille Pohjois-Karjalassa. VTT:N KONTAKTI jyrki.peltomaa@vtt.fi LISÄTIETOJA www.vtt.fi

Yrittäjä lämpenee hitaasti mutta varmasti Keskustelua, tiedon jakamista, neuvotteluja – VTT:n asiamiehen työ ei sovi kärsimättömälle. Teksti Mirkka Isotalo Kuvat Johanna Kokkola

V

TT:n Pohjois-Karjalan alueasiakaspäällikkö Jyrki Peltomaa on tottunut junailemaan aikatauluja ja sopimuksia. Peltomaa jakaa jo viidettä vuotta aikansa kahden työnantajan kesken. Hän on Joensuun seudun kehittämisyhtiön Josekin palkkalistoilla. Osan palkasta maksaa kuitenkin VTT, jonka asemaa Pohjois-Karjalassa Peltomaa edistää. Järjestelyyn päädyttiin, kun VTT ja Josek tekivät selvityksen VTT:n palvelujen kehittämisestä alueella. Nykytilanne on Peltomaan mielestä VTT:lle otollinen.

Juha Riikonen (vas.) esittelee Jyrki Peltomaalle Riikosen Konepajan tuotantoa.

42

”Kunnat ovat ulkoistaneet Josekille elinkeinotoimen, ja sen yritysneuvojat pitävät yrityksiin jatkuvasti yhteyttä. Lisäksi sillä on paljon erilaisia kehityshankkeita. Tästä kaikesta on VTT:lle hyötyä.” Peltomaan lähes 20 vuoden tausta muovi- ja työvälineteollisuudessa, Joensuun tiedepuistossa ja Josekin kehittämishankkeissa antaa tehtävään vankan pohjan. Ilman Josekin taustatukea Peltomaa tuskin voisi hoitaa VTT:n työtään yhtä täysipainoisesti kuin nyt. Pohjois-Karjalan elinkeinoelämä kattaa metalli-, työväline- ja muoviteollisuuden, elintarvikealan, lääketeollisuuden valmistajat sekä it-yritykset. Kasvun varaa

Suuret työllistäjät, kuten metsäkonevalmistaja John Deere ja Abloy, ovat alihankkijaverkostoineen VTT:lle tärkeitä asiakkaita. Suuri potentiaali on myös alueen pienissä ja keskisuurissa yrityksissä. Monet niistä ovat menestyviä, kehitys- ja kasvuhakuisia. Monille juuri VTT:llä olisi annettavaa. Sen sijaan VTT:n tunnettuus voisi Jyrki Peltomaan mielestä olla alueella parempikin. Pk-yrittäjät eivät tunne VTT:n palveluja riittävästi, jotta osaisivat lähteä hakemaan apua toimintansa kehittämiseen. ”Todennäköisesti he luulevat VTT:n olevan niin iso organisaatio, että se tekee yhteistyötä vain suurten yritysten kanssa.” Tietoisuuden levittäminen VTT:stä onkin Peltomaan tärkeimpiä tehtäviä. Hän on jatkuvasti yhtey­dessä VTT:n asiantuntijoihin saaVTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


Kun asiakkaalla herää tarve, hän kyllä ottaa yhteyttä.

dakseen sopivaa tietoa ja esittelymateriaalia neuvotteluja varten. ”Sen informaation avulla saan kaupat aikaiseksi, jos olen saadakseni.” Itse tekemisen kulttuuri

Pohjois-Karjalassa moni pk-yrittäjä tekee kaiken alusta loppuun itse. Ulkopuolista apua ei ole totuttu käyttämään. Tätä asennetta Peltomaa pyrkii työkseen murtamaan. Asiamiestyö on vuosien varrella muuttunut entistä haasteellisemmaksi. Yrittäjät kaipaavat vakuuttuakseen porkkanoita, selkeitä työkaluja ja kehittämisehdotuksia sekä konkreettista tietoa siitä, mitä lisäarvoa VTT:n palvelulla voisi olla juuri heille. Usein Peltomaa ottaa VTT:n asiantuntijoita mukaan tapaamisiin tai vie asiakaskandidaatin paikan päälle Espoon Otaniemeen, Ouluun tai Lappeenrantaan katsomaan, mitä VTT:llä tehdään. Vastaanotto yrityksissä on hyvä, jos Peltomaalla on yrittäjälle jotain annettavaa. Sanoman on kuitenkin oltava selkeä. ”Esimerkiksi sana innovaatio tuottaa monille kysymysmerkkejä. Käytänkin mieluummin sanoja uudistuminen ja uusiutuminen.” VTT:n tavoitteena on päästä kehittämään yritystä kokonaisuutena. Tällainen bisneskonseptiajattelu ei kaikille yrityksille ole tuttua – tai edes tarpeellista. Monesti asiakassuhde lähtee liikkeelle pienestä projektista. Usein ensimmäinen kontakti on muun muassa testaus-, sertifiointi- ja tarkastuspalveluja tarjoava VTT Expert Services. ”Se on mielettömän tärkeä. Jos siellä tulee onnistuminen, asiakas voi kysyä palvelua uudestaankin”, Peltomaa sanoo. Työ vaatii istumalihaksia. Asiakkaita on kontaktoitava kerta toisensa jälkeen, keskusteltava, kartoitettava tarpeita, heitettävä täkyjä ja kerrottava VTT:n palveluista. Joskus sopimuksen syntyminen vie vuosia. ”Mutta kun asiakkaalla sitten herää tarve, hän kyllä ottaa yhteyttä”, Peltomaa sanoo. Silloin ollaan VTT:n kannalta hedelmällisellä maaperällä. Pää on vihdoin auki.  VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Globaalia palvelua globaalille yritykselle NELJÄN VELJEKSEN VUONNA 1981 perustama Konekorjaamo Riikonen on VTT:lle monella tapaa ihanteellinen asiakas. Joensuulaisyrityksen 13,5 miljoonan euron liikevaihdosta 80 prosenttia muodostuu konepajateollisuuden alihankinnasta ja 20 prosenttia raskaaseen kalustoon erikoistuneesta korjaamosta, josta toiminta aikoinaan käynnistyi. Konepajapuolella vahvaa kasvua tuovat metsäkonetuotteet, sillä yritys kuuluu John Deeren avaintoimittajiin. ”Se tarkoittaa, että koneiden, tuotantomenetelmien ja laadun on oltava ajan tasalla”, sanoo toimitusjohtaja Juha Riikonen. ”VTT:n palvelut sopivat meille hyvin, koska Deeren kautta toimimme päivittäin globaalilla kentällä. Jotta olisimme kilpailukykyisiä, myös työkalujen on oltava globaaleja.” Yhteistyö alkoi vuonna 2008, kun VTT kehitti Konekorjaamo Riikoselle uuden työvälineen kustannuslaskennan tarpeisiin. Sen jälkeen osapuolet ovat kehittäneet yhdessä yhtiön kapasiteetin hallintaa, ja kolmatta projektia suunnitellaan parhaillaan. Juha Riikosen mukaan yhteistyö käynnistyi vanhan tutun, Jyrki Peltomaan aloitteesta. ”VTT oli meille aika kaukainen. Tiesin, että se tekee tutkimusta, mutta en olisi itse osannut kysyä, onko sillä meille annettavaa.” Nyt Konekorjaamo Riikonen on jo paremmin selvillä VTT:n palveluista – ainakin omien tarpeidensa osalta. ”Se, mitä kaikkea muuta siellä tehdään, on edelleen hieman hämärän peitossa”, Juha Riikonen naurahtaa.

43


AVAINSANAT aerodynamiikka, ajo-opastinlaitteet, päästöjen vähentäminen, liikenneturvallisuus AVAINHENKILÖT Kimmo Erkkilä, Petri Laine AVAINVIESTI Energiatehokkaat ja älykkäät raskaat ajoneuvot vähentävät polttoaineenkulutusta. VTT:N KONTAKTI kimmo.erkkila@vtt.fi LISÄTIETOJA www.vtt.fi

SÄÄSTÖJÄ JA ÄLYÄ

RASKAASEEN LIIKENTEESEEN Raskaat hyötyajoneuvot kurovat kiinni henkilöautojen etumatkaa energiatehokkuudessa. Aerodynaamiset ratkaisut ja ajo-opastin tuovat säästöjä. Teksti Joni Svärd Kuvat Vesa Tyni

44

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


P

olttoainekulut ovat palkkojen jälkeen tyypillisesti kuljetusyritysten suurin kuluerä. Intohimoja polttoainekulutuksen vähentämiseksi on siis olemassa. Asiaan paneuduttiin juuri päättyneessä Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo eli HDENIQ-tutkimushankkeessa. Kolmivuotinen, yhteisrahoitteinen hanke oli erittäin laaja-alainen sekä tutkittavien osa-alueiden että mukana olleiden toimijoiden määrällä mitattuna. VTT:n erikoistutkija Kimmo Erkkilä kertoo, että aiemmassa, vuosina 2003–2005 toteutetussa HDenergia-hankkeessa tavoitteena oli vähentää polttoaineen kulutusta noin 5–10 prosenttia. HDENIQ:issä tuo tavoite ylittyi reippaasti. Huomattaviin tuloksiin päästiin hyvän yhteistyön ansiosta. Rahoittajina mukana olivat sekä julkinen sektori että yritysmaailma. Pisaralla pisimmälle

Erityisen menestyksekkäästi polttoaineen kulutusta onnistuttiin nipistämään parantamalla raskaan kaluston aerodynamiikkaa. ”Helposti voidaan ajatella, että 60 tonnin ajoneuvoyhdistelmä ei liikkeelle lähdettyään juuri ilmanvastuksesta välitä, mutta mittausten mukaan normaalissa maantienopeudessa ilmanvastus muodostaa noin puolet ajovastuksesta”, Erkkilä toteaa. VTT otti hankkeeseen mukaan alihankkijoita, joilta tilattiin tarvittavat kappaleet aerodynamiikan parantamiseksi. Aerodynamiikkapaketti toi ilmanohjaimia ohjaamon katon ja kuormatilan väliin sekä kuormatilojen väliin. Perävaunun kuormatilan jatkeeksi asennettiin ilmanvirtausta parantava niin kutsuttu streamlining-rakenne. Lisäksi renkaat ja alustarakenteet katettiin piiloon. Ajoneuvoyhdistelmää testattiin perusteellisesti sekä kokonaisuutena että vertailemalla erilaisia varustevariaatioita. Tulokset olivat erittäin hyviä. Ilmanvastuskerroin laski 29 prosenttia. Polttoaineen kulutus laski 12–13 prosenttia ajosuoritteesta riippuen, tyypillisellä ilmanohjaimella varustettuun ajoneuvoon verrattuna.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

45


Petri Laine esittelee VTT:n rakentamaa aerodynaamista testirekkaa.

”Periaatteessa ratkaisut ovat Suomen tieliikennelain mukaisia sellaisenaan. Ajoneuvon kokonaispituutta säädellään kuitenkin EU:ssa tarkasti muun muassa kilpailutekijöiden vuoksi. Ajoneuvon jättöreunalla on keskeinen vaikutus aerodynaamisen kokonaisuuden toimintaan, ja siksi se haluttiin sisällyttää osaksi katesarjaa”, tutkija Petri Laine VTT:ltä kertoo. Aerodynaamiset kappaleet eivät kuitenkaan lisää kuormatilaa eivätkä näin ollen muuta kilpailuasetelmaa. Erkkilä huomauttaakin, että lainsäätäjät ovat havahtuneet tilanteeseen. EU:ssa on aloitettu keskustelut ajoneuvoyhdistelmien maksimimitan kasvattamisesta aerodynaamisten kappaleiden sallimiseksi. Kannustavia tuloksia on nyt saatu, joten seuraavaksi selvitetään tuotteistamisen mahdollisuuksia. Haastavaksi aerodynamiikkaratkaisujen saamisen luontaiseksi osaksi kuljetuskalustoa tekee raskaan kuljetuskaluston valmistusketjun tietynlainen syvään juurtunut vanhanaikaisuus. ”Yksi valmistaja tekee hytin ja rungon, päällisrakenteiden valmistaja puolestaan halu-

tunlaisen lavan tai muun rakennelman. Kokonaisuus ei kuitenkaan ole kenenkään aluetta. On siksi hieman haastavaa löytää tahoa, joka ottaisi vastuun aerodynamiikan kehittämisestä”, Erkkilä avaa nykytilannetta. Erittäin positiivisten tutkimustulosten ja rahanarvoisten ratkaisujen toivotaan kuitenkin herättävän keskustelua ja kiinnostusta aerodynamiikan parantamiseen. Erkkilä arvelee, että kokonaista ”luotijunaa” ei heti saada tieliikenteeseen. Käytännöllisimmät ja pienimmillä panostuksilla hoidettavat aerodynaamiset ratkaisut saattaisivat sen sijaan edetä valmistukseen ja nykykalustoon saakka nopeastikin. Lisää kaasua, neuvoo ajo-opastin

Kaupunkien linja-autot muuttuvat asteittain älykkäiksi. Osaltaan tätä nopeuttaa VTT:n kehittämä ajo-opastinjärjestelmä, jos se saadaan käytäntöön asti. Tutkimuksissa reaaliaikaisen aikatauluun ja ajoreittiin kytketyn ajo-opastimen on todettu vähentävän tehokkaasti polttoaineen kulutusta

Polttoaineen kulutus laski aerodynamiikkaa parantamalla 12–13 prosenttia. 46

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


ja ylinopeuksia. Se myös auttaa kuljettajaa pysymään aikataulussa. Ajo-opastin on ollut kenttätesteissä Helsingin Itäkeskuksen ja Espoon Westendin välisellä Jokeri-linjalla Nobinakonsernin 15 linja-autossa. Se ilmoittaa kuljettajalle, jos nopeus on liian kova tai hiljainen ja neuvoo lisäämään ja vähentämään kaasua tilanteen mukaan. Nopea kiihdytys ja alhaiset huippunopeudet pysähdysten välillä ovat hyvä ohjenuora. Mikäli linjan kaikissa busseissa on ajo-opastin ja kuljettajat noudattavat sen neuvoja, tiheästi liikennöidyllä ja ruuhkaisella linjalla vuorovälit pysyvät aiempaa säännöllisempinä. ”Jotkut kuljettajat ajavat luonnostaan samalla tavalla kuin ajo-opastin ohjeistaa. Sitten on joukko, joille ajo-opastimesta on huomattavan paljon apua”, Erkkilä sanoo. Testeissä osa kuskeista sai ajo-opastimelta neuvoja, kun taas toisissa busseissa se vain keräsi reitin datan analysoitavaksi. Vähimmällä ja suurimmalla polttoainemäärällä saman reitin kuljettajien kulutuserot olivat huimia, yli 20 prosenttia. Ajo-opastimen neuvojen mukaisesti ajaminen toi isoja säästöjä polttoaineenkulutukseen. Keskimäärin kulutus laski 4,6 prosenttia. Jos linja-autolla ajetaan vuodessa satatuhatta kilometriä 45 litran keskikulutuksella, polttoainetta säästyy reilut 2 000 litraa vuodessa.

Pystyssä ruuhkabussin käytävällä

HDENIQ-hanke on pystynyt parantamaan myös linja-automatkustajien turvallisuutta. Ajo-opastin leikkasi yli 10 kilometrin ylinopeudet 85 prosenttisesti ja sitä suuremmat nopeudet käytännössä kokonaan. Nykivän ajotyylin vähenemisen ansiosta ruuhkabussin käytävällä seisominen on aiempaa turvallisempaa. Tutkimuksessa kehitetty automaattisen liukkauden tunnistin on nyt suojattu keksintö. Sen avulla auton omista antureista kerätään tietoa hyvin pienistä liukkaustason muutoksista. Tiedot välitetään taustajärjestelmään, joka muodostaa käsityksen liukkaustilanteen muutoksista hyvin nopeasti. Mikäli järjestelmä havaitsee jonkun alueen muuttuvan liukkaaksi, siitä lähtee välittömästi viesti alueella oleviin autoihin. ”Erään suuren linja-liikenneyrityksen kertoman mukaan heiltä romuttuu talviliukkailla vuosittain yksi kaupunkibussi lunastuskuntoon ja lukuisat muut saavat eriasteisia kolhuja. Bussin rahallinen arvo on tietysti suuri, mutta liukkauden automaattisen tunnistamisen ansiosta voidaan ehkäistä myös matkustajien loukkaantumisia”, Erkkilä havainnollistaa. Liukkauden tunnistin on kaupallistamisen kynnyksellä, pari askelta ajo-opastinta perässä. Erkkilän mukaan järjestelmä on todettu laajasti hyödylliseksi ja toimivaksi, joten sillä oletetaan olevan hyvät mahdollisuudet päästä markkinoille. 

Kilpailukykyinen vaihtoehto vähäpäästöiselle joukkoliikenteelle KOTIMAISILLE SÄHKÖISILLE HYÖTYAJONEUVOILLE ja niiden komponenttien valmistajille pedataan vahvaa asemaa kansainvälisessä kilpailussa. VTT:n koordinoima Sähköiset hyötyajoneuvot eli ECV-hanke kokoaa yhteen 25–30 tutkimusorganisaatiota ja yritystä. Konkreettista tutkimustietoa tarjoaa VTT:n uusi testibussi-ympäristö. Kabus Oy:n bussirunkoon koottu eBus-testialusta antaa komponenttien valmistajille mahdollisuuden testata esimerkiksi akkuja tai muita voimalinjan komponentteja niiden oikeassa toimintaympäristössä. Myös VTT:n

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

uusitun akku- ja ajoneuvolaboratorion toiminta on optimoitu vastaamaan entistä paremmin sähköajoneuvojen ja sähköliikenteen kehityksen tarpeita. ECV on osa Tekesin Sähköisten ajoneuvojen järjestelmät eli EVE-ohjelmaa, jonka tavoitteena on auttaa sähköisiin ajoneuvoihin ja työkoneisiin liittyvän liiketoiminnan kehittymistä suomalaisissa yrityksissä. Kasvua haetaan kokoamalla hajanainen kehitystyö yhteen. Tavoitteena on päästä vuoden 2010 noin 200 miljoonasta eurosta noin 2 miljardiin euroon vuoteen 2020 mennessä.

47


AVAINSANAT biotekniikka, soluseulonta, solusiruseulonta, Turku AVAINHENKILÖT Johanna Ivaska, Riitta Lahesmaa, Merja Perälä, Kaler vo Väänänen AVAINVIESTI V T T:n tutkijoiden kehittämät soluseulontamenetelmät avaavat mahdollisuuksia yksilöllisille syöpähoidoille ja täsmälääkkeille. VTT:N KONTAKTI johanna.ivaska@vtt.fi LISÄTIETOJA www.vtt.fi/mbt

Jarru syöpäsoluille Solusiruseulonta valmistelee tietä täsmälääkkeille. Teksti Vesa Kaartinen Kuvat Vesa-Matti Väärä

48

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

49


Solusiruseulonnassa hyödynnetään VTT:n automatisoitua tehoseulontarobotiikkaa.

V

TT ja Turun yliopisto ovat pinnistäneet yhteisvoimin maailmankartalle kolmella syöpätutkimuksellaan. Kaikki kolme ovat lähteneet liikkeelle VTT:n tutkijoiden kehittämistä soluseulontamenetelmistä. Professori Johanna Ivaskan tutkimusryhmä pääsi otsikoihin löytämillään geenihiljennyksillä, jotka estävät syöpäsolujen liikkumista. Solujen liikkuminen on avaintekijä syöpien etäpesäkkeiden synnyssä. Jos syöpäsolut eivät liiku, etäpesäkkeitäkään ei pääse muodostumaan. ”Emme halunneet päätellä olemassa olevan kirjallisuuden perusteella, mitkä geenit hidastavat syöpäsolujen liikkumista. Sen sijaan otimme käyttöön VTT:n geenihiljennyskirjaston ja uuden mullistavan solusiruseulontamenetelmän. Niiden avulla ryhdyimme jäljittämään yhteisiä tekijöitä, jotka vaikuttavat 14:n

eri syöpäsolulinjassa solujen liikkumisen tehokkuuteen”, Ivaska kertoo. Löydöksiä oli kymmeniä. Hiljentämällä kahden tietyn geenin toimintaa voidaan vaikuttaa suoraan syöpäsolujen leviämiseen. Ivaskan ja professori Marko Salmen tutkimusryhmät puolestaan paljastivat, että sharpiini-proteiini säätelee tulehdussolujen ja keuhko- ja eturauhassyöpäsolujen liikkumista ja toimintaa. Sharpiinilla on todennäköisesti tärkeä rooli myös tulehdussairauksissa, kuten psoriasiksessa, reumassa, MS-taudissa ja Crohnin taudissa. Täsmälääkkeet kiikarissa

Tutkimustulokset avaavat näkymän yksilöllisille syöpähoidoille ja täsmälääkkeille. ”Suhteellisen helpolla mittauksella voidaan selvittää syöpään sairastuneen ihmisen sairauden ominaispiirteet ja etäpesäkkeiden muodostumisen todennäköisyys. Jos geenien liikkumista pystyttäisiin jollain lääkeaineella

Hiljentämällä kahden tietyn geenin toimintaa voidaan vaikuttaa suoraan syöpäsolujen leviämiseen. 50

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


Yhteistyö synnytti kriittisen massan VTT PERUSTI LÄÄKEKEHITYKSEN biotekniikan osaamiskeskuksen Turkuun vuonna 2002. Yhteistyö Turun yliopiston kanssa alkoi heti. Myös Åbo Akademi on mukana vahvistamassa Turun biokampuksen tutkimusvoimaa. Tuore osoitus yhteistyön voimasta on vuoden 2012 Academic Ranking of World Universities -lista. Turun yliopisto oli maailman 500 parhaan yliopiston joukossa sijoilla 301–400. QS World Universities Rankingin tieteenalakohtaisessa arviossa Turku nousi maailman 200 parhaan yliopiston joukkoon. Turun valtteja ovat biologia ja biokemia, molekulaarinen biologia ja genetiikka, mikrobiologia, immunologia, neurotieteet, ekologia ja ympäristötieteet sekä maataloustieteet. ”Aktiivisen kanssakäymisen ja yhteistyön ansiosta syntyy kriittinen massa, jota tieteen tekeminen edellyttää. Tarvitaan tarpeeksi samantyyppisistä asioista kiinnostuneita osaavia ihmisiä, jotka tuulettavat toistensa ajatuksia mutta samalla tukevat”, Johanna Ivaska sanoo. Hän on itse havaintoesimerkki turkulaisesta yhteistyömallista: professori sekä VTT:llä että Turun yliopistossa. Monella muulla VTT:n tutkijalla on dosentuuri tai opiskelupaikka yliopiston puolella. ”Suomi on pieni maa, ja meidän tiedeyhteisömme ovat pieniä verrattuna maailman kampuksiin. Kun tuodaan kaksi yhteisöä yhteen, saadaan enemmän kuin kahden summa”, Ivaska tiivistää. Kampuksen resurssit yhteiskäytössä Johtaja Riitta Lahesmaan mukaan Turun Biotekniikan keskus on yli 20 vuotta pyrkinyt siihen, että eri toimijoiden resurssit ovat mahdollisimman hyvin kaikkien Turun kampuksen opettajien ja tutkijoiden käytössä. ”Kun VTT rantautui Turkuun, lähtökohtana oli, että se ottaa käyttöön ja tarjoaa uutta teknologiaa, jota yliopistolla ei vielä ole.” Tiiviissä yhteisössä on Lahesmaan mielestä helppo tarjota omaa ja hyödyntää toisten tietotaitoa. Varsin-

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

kin nuorilla tutkijoilla on tällaisessa toimintaympäristössä entistä paremmat mahdollisuudet päästä vauhtiin. ”VTT:n puolelta tulee esimerkiksi uusia tutkimustekniikoita, joita yliopistopuolella ei vielä tunneta. Yliopistolla taas on valtava määrä laitteistoa, jota VTT:llä ei ole”, Ivaska havainnollistaa. Turun yliopiston rehtori Kalervo Väänänen korostaa, että huipputulokset ovat syntyneet kustannustehokkaasti. ”Yhteistyön myötä on syntynyt enemmän ja taloudellisemmin toimintaa verrattuna siihen, että molemmat olisivat tehneet samat investoinnit toisistaan tietämättä.” Väänänen kannustaa myös sektoritutkimuslaitoksia entistä aktiivisempaan yhteistyöhön yliopistojen kanssa. Perustutkimus on bisneksen pohja Lahesmaa muistuttaa, että bioalan tutkimus ja keksintöjen kaupallistaminen tuotteiksi ovat valtavassa murroksessa. ”Perustutkimus on aivan välttämätöntä. Sen avulla pystytään ymmärtämään, mitä tulokset tarkoittavat ja mihin suuntaan liiketoimintaa kannattaa ohjata.” Lahesmaa käyttää sharpiinin löytymistä esimerkkinä. ”Tutkimustulosten ei tarvitse olla edes suoraa bisnestä, jos niiden avulla ymmärretään paremmin solubiologiaa tai taudin mekanismia. Uusin menetelmin voidaan lähestyä kysymyksiä, joita ei aikaisemmin voitu tutkia. Näin löydetään aivan uusia asioita.” Yritysten alkuvaiheen perustutkimus on Ivaskan mukaan viime aikoina siirtynyt maailmalla takaisin yliopistojen ja tutkimusinstituuttien suuntaan. Hän pitää suun­ tausta hyvänä. ”Ainakin biolääketieteen puolella kirkasotsaisimmankin akateemisen tieteentekijän pohjimmainen motivaatio tulee toiveesta, että jospa joskus minun tutkimuksestani olisi jotain hyötyä potilaalle.”

51


Eturauhassyöpä solusiruseulonnassa Tutkimusryhmä: Teijo Pellinen, Antti Arjonen, Juha Rantala, JohnPatrick Mpindi, Olli Kallioniemi ja Johanna Ivaska Avaintulokset: • Laboratoriossa helposti mitattavissa oleva syöpäsolujen aktiivisuus on suoraan kytköksissä kyseisten syöpäsolujen kykyyn muodostaa etäpesäkkeitä. • Geenihiljennyksillä voidaan estää syöpäsolujen leviämistä elimistössä. • Seulomalla eturauhassyöpäsolujen aktiivisuutta sääteleviä tekijöitä voidaan löytää uusia lääkekehityskohteita. Tutkimus on julkaistu solubiologian arvostetussa Journal of Cell Science -lehdessä.

Sharpiini solusiruseulonnassa

Potilaasta eristettyjä kasvainsoluja solumikrosirun pinnalla. Solumikrosiruteknologia mahdollistaa s­ olujen geenitoimintojen nopean seulonnan.

estämään, se saattaisi estää myös syövän etenemistä”, Ivaska sanoo. Johtava tutkija Merja Perälä muistuttaa, että jokainen syöpä on erilainen. Hänen tutkimusryhmänsä oli mukana osoittamassa, että hepariinin kaltaisilla yhdisteillä voidaan mahdollisesti estää rintasyövän leviäminen luustoon. ”Visiona on, että solusirututkimuksia voidaan joskus tehdä yksittäisille syöpäpotilaille. Näin potilaat voitaisiin luokitella aiempaa paremmin ja jokainen saisi juuri oikeanlaiset lääkkeet”, Perälä sanoo. ”Ryömiminen vaihtuu pyörimiseen”

Odotuksista ja lupaavista näkymistä huolimatta Ivaska toppuuttelee odottamasta nopeita ratkaisuja. Perustutkimus on osoittanut, että etäpesäkkeen synty ja solujen liikkuminen on erittäin monimutkainen prosessi. ”Kun aloitin väitöskirjatyöni, ajateltiin, että jos pystytään estämään kaikki tarttumisreseptorit, meillä on täydellinen syöpälääke. Kun tarttumisreseptorien toiminta opittiin estämään, syöpäsolut vaihtoivat liikkumistekniikkaa ryömimisestä pyörimiseen”, Ivaska havainnollistaa. ”Jatkotutkimus voisi joka tapauksessa antaa lääkäreille uusia keinoja selvittää syövän leviämisherkkyyttä ja sitä, miten aggressiivisia hoitoja kukin potilas tarvitsee.”  52

Tutkimusryhmä: Juha K. Rantala, Jeroen Pouwels, Teijo Pellinen, Stefan Veltel, Petra Laasola, Elina Mattila, Christopher S. Potter, Ted Duffy, John P. Sundberg, Olli Kallioniemi, Janet A. Askari, Martin J. Humphries, Maddy Parsons, Marko Salmi, Johanna Ivaska Avaintulokset: • Sharpiini-proteiini säätelee tulehdussolujen sekä keuhko- ja eturauhassyöpäsolujen liikkumista ja toimintaa. • Sharpiinilla on todennäköisesti tärkeä rooli myös muissa sairauksissa, kuten Crohnin taudissa, psoriasiksessa, reumassa ja jopa MS-taudissa. Tutkimus on julkaistu solubiologian arvostetuimmassa lehdessä, Nature Cell Biologyssä marraskuussa 2011. Tutkimus palkittiin syyskuussa valtakunnallisella Medix-palkinnolla vuoden parhaana biolääketieteen julkaisuna.

Rintasyöpä soluseulonnassa Tutkimusryhmä: Sirkku Pollari, Rami S. Käkönen, Jhalid S. Mohammad, Jukka P. Rissanen, Jussi M. Halleen, Anni Wärri, Liisa Nissinen, Marjo Pihlavisto, Anne Marjamäki, Merja Perälä, Theresa A. Guise, Olli Kallioniemi, Sanna-Maria Käkönen Avaintulokset: • Hepariinin (veren hyytymistä estävä lääke) kaltaiset yhdisteet vähentävät rintasyöpäsolujen kasvua luussa ja siitä aiheutuvaa luun hajoamista. • Hepariinin kaltaisilla yhdisteillä voidaan mahdollisesti estää rintasyövän leviäminen luustoon Tutkimus julkaistiin Molecular Cancer Research -lehden verkkojulkaisussa huhtikuussa tänä vuonna.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


VTT:n menetelmällä voidaan seuloa yhtä aikaa jopa kymmenien tuhansien geenien toimintoja.

Mitä on solusiruseulonta? SOLUSIRUSEULONTA ON YLEISNIMITYS erilaisille tutkimusmenetelmille, joita käytetään genomitason solubiologiseen testaukseen mikroskooppilasilla. Menetelmän isä on Suomen molekyylilääketieteen instituutin johtaja Olli Kallioniemi. Hän toimi ennen nykyistä tehtäväänsä akatemiaprofessorina ja VTT:n lääketieteellisen biotekniikan yksikön tieteellisenä johtajana Turussa. Hän oli myös käynnistämässä VTT:n sekä Turun ja Helsingin yliopistojen tutkimusyhteistyötä geno­ mitiedon hyödyntämisessä. Kallioniemen apuna menetelmän kehittämisessä oli Juha Rantala. Rantala toimii nykyisin tutkijana VTT:llä ja apulaisprofessorina OHSU Knight Cancer Institutessa Portlandissa, USA:ssa. Tuloksena oli geenihiljennysteknologia, joka mullisti geenituotteiden funktionaalisen tutkimuksen. Nyt yhdellä mikrosirulla voidaan seuloa samanaikaisesti jopa kymmenien tuhansien geenien toimintoja hyödyntäen RNAinterferenssiä. Perinteisillä menetelmillä yhdellä mittalevyllä seulotaan muutamien satojen geenien toimintoja.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

Solusiruseulonnan valtteja ovat: • pohjana voidaan käyttää geenikirjastoa • voidaan tutkia jopa genomin kaikkien geenien toimintaa samanaikaisesti (perinteisessä hypoteesipohjaisessa tutkimusasetelmassa tutkitaan yhtä geeniä, proteiinia tai näytettä kerrallaan) • saadaan tietoa geenien ilmentymisen seuraamuksista (ei pelkästään ilmentymistasoista) • kasvattaa arvokkaiden tutkimuslöydösten ja läpimurtojen todennäköisyyttä merkittävästi (tutkimustiedon suuri määrä edellyttää tehokkaita analyysi- ja priorisointimenetelmiä) • suuri näytemäärä säästää kustannuksia ja henkilöresursseja sekä nopeuttaa huomattavasti tutkimustyötä • nopeuttaa geenitiedon soveltamista diagnostiikkaan, lääkekehitykseen ja potilaiden hoitoon

53


AVAINSANAT tutkimusyhteistyö, tutkijavaihto, kansainvälinen tutkimus, Politecnico di Milano AVAINHENKILÖT Pierangelo Metrangolo, Roberto Milani, AnneChristine Ritschkoff, Giorgio Visetti AVAINVIESTI V T T:n ja Politecnico di Milanon tiivis tutkimusyhteistyö hyödyttää molempia osapuolia. V TT:N KONTAKTI anne-christine.ritschkoff@vtt.fi LISÄTIETOJA www.vtt.fi

Saapasmaasta sulhanen Suomi-neidolle Suhteiden tiivistyminen tieteen saralla on yhden miehen ansiota. Teksti Joanna Sinclair Kuvat Daniela Berruti, iStockphoto

54

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


Pierangelo Metrangolo sukkuloi säännöllisesti Milanon ja Espoon Otaniemen välillä.

E

u roopan kartalta löytyy

kaksi muodostaan tunnettua maata: Italian saapas ja Suomi-neito. Lieneekö sattumaa, että muotokieli on molemmissa maissa kunniassaan? Ainakin kummankin design on maailmankuulua. Esteettisen osaamisen lisäksi Italiaa ja Suomea yhdistää myös edelläkävijyys monella tieteen saralla. VTT on vahvistanut yhteistyötään johtavan eurooppalaisen yliopiston, Politecnico di Milanon eli PoliMI:n kanssa. Kumppanuuden odotetaan poikivan merkittäviä synergiaetuja ja eritoten yritysmaailmaa hyödyttäviä keksintöjä. Monesta muusta yhteistyökuviosta poiketen PoliMI:n ja VTT:n yhteistyön liikkeelleVTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

panevana voimana on toiminut yksi mies: professori Pierangelo Metrangolo. Metrangolo ei oman tieteenalansa, supramolekulaarisen kemian, piireissä esittelyjä kaipaa. Hän on tutkinut muun muassa molekyylit ja entsyymit toisiinsa yhdistävää halogeenisidosta. Siltojen rakentaja

VTT ja PoliMI ovat sopineet tutkimusopiskelijoiden vaihdosta, yhteisten tutkimusten toteuttamisesta sekä materiaalin ja tiedon jakamisesta. “Olemme oivallinen pari”, Pierangelo Metrangolo toteaa. ”PoliMI:n opiskelijoiden ja tutkijoiden lahjakkuusresurssi on ehdoton kilpailuvaltti. Milanolaisyliopiston pitkäjänteinen perustutkimus puolestaan hyödyttää VTT:tä 55


Arvoketjuja, EU-rahoitusta ja rakkautta

Kaikki voittavat ITALIAN SUOMEN-SUURLÄHETTILÄS Giorgio Visetti puhuu mielellään kumppanuudesta. Hänen mukaansa suomalais-italialainen yhteistyö pääsee oikeuksiinsa etenkin muotoilun ja tutkimuksen saralla. Visetille Suomi oli vanha tuttu hänen aloittaessaan uraansa täällä suurlähettiläänä. Italialainen näet asui täällä lapsuudessaan 1960-luvulla neljän vuoden ajan. “Jo silloin muotoilu oli Suomessa läsnä aivan kaikkialla. Jopa infrastruktuuri oli kunnianosoitus muotoilulle. Espoon Tapiola oli tästä silloin malliesimerkki”, Visetti muistelee. “Kun suomalaiset ja italialaiset luovat, he pyrkivät tekemään mestariteoksia. Meitä yhdistää myös tapamme tehdä tiedettä: molemmilla on aito tahto muuttaa tutkimuksella maailmaa paremmaksi”, Visetti sanoo. Suurlähettiläällä on suuria toiveita Italian ja Suomen tulevaisuuden yhteistyökuvioista. “Tärkeää yhteistyötä yliopistojen ja tutkimuslaitosten välillä on jo käynnissä tai käynnistymässä. Hyvä esimerkki on Sodankylän COSMO-SkuMed-vastaanottoasema, jossa Ilmatieteen laitos tekee yhteistyötä Italian e-GEOSin kanssa”, Visetti sanoo. Uusi jään muodostumista ja liikkeitä seuraava satelliittijärjestelmä on tarkoitus saada käyntiin vuoden 2012 loppuun mennessä. VTT:n yhteistyö PoliMI:n kanssa on Visetin mukaan loistoesimerkki siitä, millaista yhteistyötä hän soisi näkevänsä laajemmaltikin. “Odotan innolla tutkimustuloksia, jotka auttavat samanaikaisesti tiedemaailmaa kehittymään, yrityksiä luomaan uutta kasvua ja parantavat meidän kaikkien hyvinvointia esimerkiksi kehittämällä terveydenhoitoa ja infrastruktuuria”, Visetti visioi.

56

Huippututkimus kumpuaa usein organisaatioiden, maiden ja tieteenalojen välisiä rajoja rikkovasta yhteistyöstä. VTT pyrkii ottamaan kansainvälisestä yhteistyöstä kaiken irti, olipa syy sen syntymiseen mikä tahansa. VTT:n tieteellinen johtaja Anne-Christine Ritschkoff kertoo miksi. “Emme tee kansainvälistä tutkimusta kansainvälisyyden vuoksi. Tavoitteenamme on aina tehdä tutkimusta, joka edistää Suomen talouskasvua. Rakennamme yhteistyötä, joka lisää suomalaisyritysten kansainvälistä tunnettuutta ja joka auttaa suomalaisyrityksiä rakentamaan arvoketjuja ympäri maailmaa.” Ritschkoff korostaa, että VTT:n kansainvälinen yhteistyö on äärimmäisen tarkkaan johdettua. Kunnia-asia kuitenkin on, ettei yhteistyön synnylle ole asetettu mitään ehdottomia sääntöjä. “Liian tiukka sääntely on lyhytjänteistä. Joskus yhteistyö syntyy EU-rahoituksesta, joskus taas liiketoimintatarpeet ajavat meidät etsimään uusia yhteistyökumppaneita eri puolilta maailmaa. Silloin tällöin käy niinkin, että ulkomaalainen tutkija menee naimisiin suomalaisen kanssa tai VTT:n tutkija löytää rakkauden ulkomailta.” “Synergiaa, innovaatioita ja loistavia yhteistyökuvioita voi syntyä monista lähtökohdista. Otamme jokaisen mahdollisuuden vakavasti ja tutkimme lupaavat yhteistyöajatukset perinpohjaisesti. Kun yhteistyö näyttää tavoitteidemme kannalta lupaavalta, huolehdimme sen syntymisestä”, Ritschkoff täsmentää.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


Ensimmäiset yritysyhteistyöhankkeet ovat jo käynnistyneet.

monin tavoin. Tutkimusorganisaationa VTT taas pystyy synnyttämään yrityksille suoraan käyttökelpoista tietoa, johon yliopisto harvemmin yksin kykenee.” Metrangolo haluaa edistää tutkimushenkilökunnan ja opiskelijoiden vaihtoa kolmen eri organisaation välillä. Hänen visiossaan VTT, PoliMI ja Italian teknologiainstituutti IIT toimisivat yhteistyössä. Myös yhteiset EU-tutkimusprojektit ovat tavoitteena. Yritykset hyötyvät jo

Ensimmäiset yritysyhteistyöhankkeet ovat jo käynnistyneet. Hyvänä esimerkkinä toimii Italian johtavan öljy-yhtiön öljynpuhdistusprojekti. Kuullessaan yhtiön tavoitteista Metrangolo ehdotti VTT:n ja PoliMI:n asiantuntijatiimiä avuksi. Yhteistyön käynnistyttyä ratkaisu löytyi pian biotekno­

logiasta. Nyt hanke on jo puolivälissä ja tulokset erittäin positiivisia. ”Yhteistyömme ylittää tieteenalojen välisiä raja-aitoja – aiomme tehdä yhteistyötä molempien resursseja hyödyntäen aina, kun näemme hankkeista olevan hyötyä molemmille ja katsomme voivamme yhdessä luoda yrityksille ja tiedemaailmalle merkittävää arvoa”, Metrangolo tähdentää. Metrangolon vaikutus PoliMI:n ja VTT:n yhteistyön syntymiseen on kiistaton, vaikka taustalta löytyy toki muitakin vaikuttajia molemmista organisaatioista. Mistä kipinä syttyi? ”Paras syy oli suomalainen elämänkumppanini,” Metrangolo hymyilee. “Kun tutustuin Suomeen ja VTT:hen, oivalsin nopeasti, että yhteistyö olisi ehdottomasti molempien etu. Ja kun minä huomaan jotain tavoittelemisen arvoista, ryhdyn tekemään töitä sen eteen.” 

Suomi ja Italia – mainio pari YKSI VTT:LLÄ TYÖSKENTELEVISTÄ italialaistutkijoista on Roberto Milani. Pierangelo Metrangolon tapaan hänkin edistää osaltaan yhteistyötä VTT:llä eri laitosten välillä. “Aikaisemmin suurin osa tutkimuksestani liittyi pintakemiaan, nyt lähestyn asioita pikemminkin bionanomateriaalinäkökulmasta”, Milani sanoo. “Olen erityisen innoissani uudesta Suomen Akatemian rahoittamasta kansainvälisestä projektista. Unraveling Biomolecule-Halocarbon Interactions -hanke hyödyntää paljon VTT:n ja PoliMI:n yhteistyötä.” Milani tuli Suomeen alun perin vuodeksi, mutta omien sanojensa mukaan huomasi vuoden kallistuessa kohti loppuaan, ettei halunnutkaan lähteä. Nyt hän on työskennellyt VTT:llä kaksi ja puoli vuotta. ”Tutkimus on toki pääasiallinen syy jäädä tänne. VTT tarjoaa ainutlaatuisia mahdollisuuksia, ja täällä on kollegoina todella poikkeuksellisia lahjakkuuksia, joiden kanssa on etuoikeus työskennellä. Työympäristönä tämä on tutkijalle todella hyvä.”

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

“Suomi maana on tietysti myös vaikuttanut haluuni jäädä. Viihdyn täällä. Englantia puhutaan aivan kaikkialla, suomalaiset ovat omistautuneita, kovia tekemään töitä ja he saavat aikaan vaikuttavia tuloksia”, Milani listaa. “Ihmiset tekevät todella paljon ulkomaalaisen auttamiseksi. He eivät laske tunteja tai työtä, joka kuluu vieraan hyvinvoinnin varmistamiseen. Tämä on mainio puoli suomalaisista, jota en usko kovin monen tuntevan.” Milani uskoo monien kulttuureihin liittyvien ennakkoluulojen olevan globaalissa maailmassa lähinnä menneiden aikojen muinaisjäänteitä. Tutkimuksessa tulee kuitenkin tilanteita, joissa stereotyypit osuvat oikeaan: aika moni suomalainen on lannistumaton suunnittelija ja italialaisista löytyy koko joukko energiaa pursuvia, hetkelliseen intoon taipuvaisia heurekan huutajia. “Mistä lie johtuu, mutta suomalaiset ja italialaiset muodostavat yllättävän hyviä tutkimustiimejä. Ehkäpä kummankin kansan tyypilliset vahvuudet kumoavat toistensa heikkoudet”, Roberto Milani naurahtaa.

57


AVAINSANAT kiinteistöjen energiatehokkuus, älykkäät ratkaisut, energian seuranta AVAINHENKILÖT Jukka Mäkelä, Janne Peltonen, Jorma Pietiläinen AVAINVIESTI Otaniemen kampusaluetta kehitetään aiempaa ekologisemmaksi. VTT:N KONTAKTI janne.peltonen@vtt.fi LISÄTIETOJA www.vtt.fi

Otaniemestä ekokampus Kiinteistönomistajien visioissa kampusalue on päästötön ja energiaomavarainen. Teksti Irma Lind Kuvat TKK, Aalto-yliopisto

K

iinteistöjen omistajat haluavat tehdä Aalto-yli-

opiston ja VTT:n muodostamasta Otaniemen kampusalueesta päästöttömän ja täysin energiaomavaraisen vuoteen 2030 mennessä. VTT ja Samsung C & T Corporation ovat sopineet puitesopimuksen Otaniemen pilottihankkeen koordinoinnista. Hankkeessa etsitään uusia keinoja ja teknologioita, joiden avulla lisätään kiinteistöjen energiatehokkuutta. Kansainvälinen konsortio investoi hankkeeseen miljoona euroa. ”Energiankulutusta seurataan älykkäillä ratkaisuilla, ja tieto integroidaan ICT-pohjaiseen energianhallintajärjestelmään. Tavoitteena on vähentää merkittävästi kiinteistöjen käyttämää energiaa ja hiilidioksidipäästöjä”, kertoo VTT:n erikoistutkija Janne Peltonen. Tavoitteena on nostaa kiinteistöjen energiatehokkuus huipputasolle ja päästä hyödyntämään kiinteistöjen käyttöön liittyvää tietoa entistä tehokkaammin.

58

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


Energiaa voidaan tuottaa Otaniemessä esimerkiksi maa- ja aurinkolämpöä hyödyntämällä.

VTT:n koordinoimassa hankkeessa ovat mukana Aalto-yliopistokiinteistöt, Senaatti-kiinteistöt, Helsingin seudun opiskelija-asuntosäätiö (HOAS) ja Aalto-yliopiston ruotsinkielinen osakunta Teknologföreningen TF. Ne kaikki omistavat alueella sijaitsevia kiinteistöjä. Maalämpöä ja aurinkoenergiaa

Kansainvälisen pilottihankkeen rinnalla Otaniemessä käynnistyy myös pääosin suomalainen kehityshanke. Siinä kiinnitetään erityistä huomiota myös alueellisesti ja rakennuskohtaisesti tuotettaviin energiaratkaisuihin. ”Tarkoitus on näyttää edelläkävijänä suuntaa, miten uusinta teknologiaa voidaan hyödyntää kustannustehokkaasti maailmanluokan tutkimus- ja kehitysympäristössä. Energiaa voidaan tuottaa monipuolisesti esimerkiksi maalämpöratkaisuin ja hyödyntämällä auringon tuottamaa lämpöä”, VTT:n erikoistutkija Jorma Pietiläinen kuvailee. Janne Peltosen mukaan teknologian lisäksi tarvitaan keinoja, joilla kannustetaan kiinteistöjen käyttäjät toimimaan ekologisesti. ”Käyttäjien vaikutus kiinteistöjen energiankulutukseen on noin 5–15 prosentin luokkaa. Myös tilan käytön optimointiin on kiinnitettävä huomiota.” Ekokampusmalli sopii hyvin myös Espoon kaupungin profiilin. ”Mallissa yhdistyvät uusi teknologia ja sen sovellukset, energiasäästöt ja ympäristöajattelu sekä yhteistyö kansainvälisesti merkittä-

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

vän kumppanin kanssa”, arvioi kaupunginjohtaja Jukka Mäkelä. Huomio ensin seurantaan

Pilottihankkeen ensimmäisessä vaiheessa rakennetaan järjestelmä, joka seuraa kiinteistöjen sähkön, lämmön ja veden kulutusta. Tämän jälkeen toteutetaan keskitetty energianhallintajärjestelmä, jolla ohjataan alueen kiinteistöjen energiatehokkuutta rakennuksittain. Lisäksi otetaan käyttöön etävalvonta­ ratkaisu, jolla kampusalueen kiinteistöjen energiankäyttöä voidaan seurata ja ohjata ulkomailta. ”Kiinteistöjen energiankäytön nykyinen ympäristö otetaan haltuun anturiverkoilla, monitoroinnilla ja mittaroinnilla. Kiinteistöissä integroituvat laajasti eri teknologiat, kuten langattomat tiedonsiirtoteknologiat. Hyödynnämme monipuolisesti energia-, sähkö-, elek­ troniikka- ja ICT-alan osaamista”, Jorma Pietiläinen toteaa. Pietiläinen huomauttaa, että hanke tarjoaa suomalaisyrityksille vientimahdollisuuksia. Pilotin aikana kehitettyjä ratkaisuja on tarkoitus esitellä ja myydä maailmanlaajuisesti. Otaniemen kampusalueen pilottihanke on osa laajaa, yli 100 miljoonan dollarin kansainvälistä Korea-Micro Energy Grid -kehityshanketta, jossa Korea haluaa luoda toimivia käytännön liiketoimintamalleja ja -ratkaisuja älykkäiden sähköverkkojen mahdollistamien ratkaisujen pohjalta. 

59


AVAINSANAT merenkulku, rahtiliikenne, arktinen alue, jääsäännöt AVAINHENKILÖT Jaakko Heinonen, Seppo Kivimaa, Pekka Koskinen AVAINVIESTI Liikenteen lisääntyminen arktisilla alueilla asettaa laivojen suorituskyvylle uusia vaatimuksia. VTT:N KONTAKTI seppo.kivimaa@vtt.fi LISÄTIETOJA www.vtt.fi

60

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


Arktinen kilpavarustelu on alkanut Ilmaston lämpeneminen kasvattaa arktisen osaamisen kysyntää. Suomella sitä on. Teksti Katri Isotalo Kuvat iStockphoto, ABB Oy

P

ohjoisnapa-alueen kelluva

jääpeite oli kesällä 2012 pienempi kuin koskaan yli kolmenkymmenen vuoden aikana, kun jääpeitteen pinta-alaa on mitattu. Jääpeitteen sulaminen ja uusien merireittien aukeaminen ovat herättäneet valtaisaa kiinnostusta pohjoisten merien rantavaltioissa. Koillisväylä lyhentäisi merimatkaa Kaukoidästä Eurooppaan puolella nykyiseen Suezin kanavan kautta kulkevaan reittiin verrattuna. Jääpeitteiden alta odotetaan paljastuvan merkittäviä öljy- ja kaasuvarantoja, joita ei ole tähän asti päästy hyödyntämään. Myös mine-

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

raalit ja muut mahdolliset luonnonrikkaudet kiihdyttävät arktista toimeliaisuutta. Voima vastaan tehokkuus

Merenkululle arktinen toimeliaisuus tuo uusia haasteita. Nykyajan jäänmurtajat pystyvät kyllä murtamaan metrien paksuista jäätä, mutta jäänmurtajan käyttäminen edellyttää varsin vilkasta laivaliikennettä. Niin kauan kuin Pohjoisnavan ympärille ei ole odotettavissa Itämeren kaltaista liikennevirtaa, rahtilaivojen on pärjättävä jäissä omillaan. ”Kyllä laivasta voidaan sellainen rakentaa, että se kestää vaikka minkälaisen jään”, vakuuttavat Seppo Kivimaa ja Pekka Koskinen VTT:stä. ”Liian suorituskykyinen laiva on kui-

61


tenkin kallis ja raskas, mikä syö turhaan energiaa ja vähentää kuljetuskapasiteettia.” Laivan suorituskyvyn ja lujuuden optimointi onkin arktisen merenkulun ydinkysymys. Kasvavat vaatimukset jäälaivojen ympäristöystävällisyydelle tekevät siitä entistä ajankohtaisemman. Runsaasti energiaa kuluttavia tehoja pyritään rajoittamaan. Toisaalta laivan tulisi kuitenkin olla toimintakykyinen sekä avovedessä että jäissä. Rungon, koneiston ja potkurilaitteiston mitoituksessa onkin jo etukäteen arvioitava, liikennöikö alus yksin vai onko jäänmurtajan apua tarvittaessa saatavissa. Energiatehokkuuteen ja turvallisuuteen voidaan vaikuttaa teknologialla ja muotoilulla sekä ohjeilla ja säännöillä. Tehoa ja monikäyttöisyyttä designilla

Olosuhteiden tuntemus on kaiken lähtökohta. Millaista jäätä laivareitillä on yleensä ja millaista se voi olla pahimmillaan? Millainen on rungon jäävastus erilaisissa olosuhteissa? Miten jää kertyy aluksen rakenteisiin? Miten potkuri kuormittuu kun se iskee jäävallista irronneeseen jäälohkareeseen? Entä miten potkurin kohtauskulma vaikuttaa kuormaan? ”Jään lisäksi on otettava huomioon laivan liikkeet. Jäänmurtajan tekemässä rännissä suoraan etenevä alus tarvitsee erilaisia ominaisuuksia kuin esimerkiksi satamissa ja öljynporauslautoilla liikkuva ice management -kalusto. Huoltoalusten tulee olla paitsi kestäviä ja tehokkaita myös ketteriä, ja niiden on pystyttävä etenemään jopa kylki edellä”, kertoo teknologiapäällikkö Seppo Kivimaa VTT:n Kuljetusvälineet-osaamiskeskuksesta. Sampo, Urho ja muut vanhat jäänmurtajat olivat keskeltä pulleita ja keulaltaan teräviä. Uusien

murtajien keula on pyöreämpi. Tutkimuksissa on havaittu, että vaikka pullea keula on altis aaltoiskuille, se murtaa jäätä pienemmillä tehoilla. VTT:n yhteistyökumppani Aker Arctic Technology Inc. on kehittänyt jopa epäsymmetrisen murtajan ja molempiin suuntiin kulkevan Double Acting -alusmallin. Epäsymmetrisellä runkomuodolla pystytään avaamaan tarvittaessa leveämpää ränniä. Potkuriosaaminen maailman huippua

VTT:n arktinen tutkimus käynnistyi 1970-luvulla yhteistyössä Teknillisen korkeakoulun laivatekniikan laboratorion kanssa. Tutkimus alkoi runkoon kohdistuvista jääkuormista, mistä laajennuttiin jäissäkulkukykyyn ja potkurien jääkuormiin. ”Potkuriosaamisessa Suomi on tällä hetkellä ylivoimainen”, sanoo asiakaspäällikkö Pekka Koskinen Älykkäät koneet -osaamiskeskuksesta. Jääkuormien mittauksessa potkurin lapaan asennetaan telakalla metallin venymistä mittaavat venymäliuskat ja jäälohkareiden aiheut­tamia iskuja mittaavat anturit. Tietojärjestelmät visualisoivat syvällä hyisessä vedessä tapahtuvat törmäykset ja akselin värähtelyt tietokoneen ruudulle. ”Mittaukset paljastivat esimerkiksi sen, että todella pahassa tilanteessa potkurin lapa taipuukin taaksepäin eikä eteen, kuten oli yleisesti kuviteltu”, tutkimuksissa 20 vuotta mukana ollut Pekka Koskinen havainnollistaa. Käyrät tietokoneruudulla näyttävät kuormituspiikkiä kavitaatiokuplan romahtaessa. ”Tämä on ilmiö, jota ei vielä täysin tunneta”, Koskinen kertoo.

Laivojen jääsäännöt kansainvälistyvät VTT ON TUTKINUT jääkuormia arktisilla vesillä 1970-luvulta lähtien. Yhteistyötä on tehty paitsi Itämeren rantavaltioiden myös Kanadan ja USA:n viranomaisten ja tutkimuslaitosten kanssa. Viime aikoina on keskitytty potkuri­ koneistojen jääsääntöjen kehittämiseen. VTT:n tekemiä järjestelmällisiä mittauksia ja niiden perusteella laadittuja simulointimalleja on hyödynnetty sekä suomalais-ruotsalaisissa että kansainvälisissä jääluokkasäännöissä. Niillä pyritään varmistamaan, että aluksilla on riittävät ominaisuudet jäissä liikkumiseen. Itämerellä on ollut käytössä suomalaisruotsalaiset jääluokkasäännöt jo 1930-luvulta 62

alkaen. Säännöissä määritellään jäissä liikkuvan aluksen minimikoneteho, rungon lujuus sekä koneiston ja potkurin lujuus. Jääluokkasääntöjä uusitaan laivojen kehittyessä. Tutkimukseen pohjautuvat suomalaisruotsalaiset jääsäännöt julkaistiin vuonna 2008. Kansainvälisiä jääsääntöjä on kehitetty samalta tekniseltä pohjalta. Kehitystyöhön ovat osallistuneet Suomen ja Ruotsin lisäksi Norja, Iso-Britannia, Saksa ja Venäjä. Kansainväliset luokituslaitokset ovat sisällyttäneet suomalais-ruotsalaiset jääluokkasäännöt myös omiin laivojen rakentamista koskeviin sääntöihinsä. VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


Pullea keula murtaa jäätä pienemmillä tehoilla.

VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA

63


Yhtä vilkasta talviliikennettä kuin Suomen rannikolla ei tavata missään.

Suomessa on ylivoimaista arktisten olosuhteiden potkuriosaamista.

Lisääntynyt ymmärrys jään voimasta ja käyttäytymisestä on auttanut kehittämään muun muassa 360 astetta kääntyviä potkurilaitteita. Niistä tunnetuin on ABB Oy:n valmistama Azipod. Kääntyvä potkurilaite on ollut monitoimimurtaja Fennicasta lähtien kaikissa uusissa suomalaismurtajissa. Arktista tuulivoimaa

Johtava tutkija Jaakko Heinonen VTT:n Arktinen teknologia -tiimistä painottaa tutkimusalojen yhteistyötä ja kansainvälistä verkottumista. Arktisessa merenkulussa tarvitaan laivatekniikan lisäksi tietoa materiaalitekniikasta, konetekniikasta, tietojärjestelmistä. Materiaalien on oltava kestäviä mutta ei liian painavia, ja öljyn on virrattava koneistossa äärimmäisessäkin kylmyydessä. VTT on myös aktiivisesti tutkinut pinnoitteita, joihin jää ei tartu tai keräänny. On hallittava myös liikenteen tilannekuva hyödyntämällä laivojen paikkatietoa, satelliittikuvia sekä sää- ja jääennusteita, mihin VTT on kehittänyt tietoteknisiä ratkaisuja jo vuosia. ”Toiminnan lisääntyminen hauraalla arktisella alueella edellyttää myös ympäristöasioiden huomioon ottamista”, jäätyvien merialueiden offshore-rakenteisiin erikoistunut Jaakko Heinonen muistuttaa. Offshore-rakenteista ajankohtaisimpia ovat avomerituulivoimalat, jotka joutuvat alttiiksi 64

jäille siinä missä laivatkin. Perustusten on kestettävä ahtojäiden puristusvoima, ja pohjoisilla alueilla tuulivoimaloiden tuotanto heikkenee talvisin lapojen jäätymisen vuoksi. VTT:n kehittämän teknologian ansiosta lapoihin voidaan integroida jäätymisen estävä sähkömatto. Jääanturi ilmaisee, milloin jäätä alkaa syntyä ja lämmitys kytkeytyy päälle automaattisesti. Ongelma tunnetaan myös esimerkiksi Espanjassa, jossa tuulivoimaloita on rakennettu korkealle vuoristoon. Infraa arktisille alueille

Maailman jäänmurtajista noin 80 prosenttia on suomalaisvalmisteisia. Murtajaosaamiselle on luonnollinen selitys, sillä yhtä vilkasta talviliikennettä kuin Suomen edustalla on, ei tavata missään muualla. Yksi arktisen merenkulun suurvalloista on luonnollisesti Venäjä. Myös Kanadassa ja Saksassa on ollut osaamista pitkään. Viime vuosina alalla ovat aktivoituneet muun muassa Norja, Kiina ja Korea. Poliittinen kilpajuoksu arktisten alueiden hyödyntämiseksi alkaa siis olla täydessä vauhdissa. ”Mikäli Koillisväylä otetaan todelliseen kuljetuskäyttöön, tarvitaan talvimerenkulkuun soveltuvien alusten lisäksi satamia, kaupunkeja, liikenneväyliä, jätehuoltoa ja paljon muuta infrastruktuuria. Kaikessa tässä tarvitaan arktista osaamista”, Jaakko Heinonen muistuttaa.  VTT IMPULSSI – TEKNOLOGIA


LIIKETOIMINTA OSAAMINEN JA UUSI TEKNOLOGIA

Sivut

66–80 VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

65


Tactotekin kosketuspaneeli voidaan upottaa laitteen kuorirakenteen suojaan.

Spinno pinnistää miljardimarkkinoille VTT:n siipien suojasta ponnistanut TactoTek tavoittelee siivua maailman kosketusteknologiamarkkinoista. Teksti Tiina Saario-Kuikko Kuvat Juha Sarkkinen

T

actoTek kehittää optisia kosketuspaneeleita kulutuselektroniikkaan, kuten kännyköihin ja tablet-tietokoneisiin, sekä teollisuuden tarpeisiin. Kosketuspaneelit tulevat ennen pitkää yleistymään muuallakin – aina kahvinkeittimistä leluihin ja kaivinkoneisiin. Spin-off-yrityksen eli spinnon menestyksen ytimessä on uudenlainen valmistusteknologia. ”Yhdistämme painettua elektroniikkaa, perinteistä elektroniikkaa ja ruiskuvalua ennen näkemättömällä tavalla. Elektroniikka upote66

taan kokonaan muovielementin sisään”, kertoo yksi idean isistä, teknologiajohtaja Antti Keränen. Kovaan käyttöön

TactoTekin valmistamien kosketuspaneelien etuja käyttäjälle ovat erityisesti kestävyys, edullisuus ja muotoiltavuus. ”Se, että kosketuspaneelimme voidaan muotoilla kaareviksi, on erinomainen etu joissakin erityislaitteissa, kuten autojen näytöissä”, Keränen toteaa. Tarjolla on myös uudenlaisia integroituja ratkaisuja. VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA


VTT Ventures ohjaa isoihin pöytiin

Idean isä Antti Keränen esittelee optista kosketuspaneelia.

TactoTekin kosketuspaneeli voi olla osa sen valmistamaa laitekuorta. Näin elektroniikkaa ja toiminnallisuutta voidaan siirtää kuorirakenteen sisään, jolloin elektroniikka on paremmin suojassa ja toisaalta vapauttaa tilaa muualta laitteesta. Tähtäimessä yli sadan miljoonan myynti

Spinno on nyt ehtinyt tuotekehitysvaiheeseen. ”Seuraavaksi pyrimme sitouttamaan ensimmäiset asiakkaat ja viemään teknologiaa ja verkostoa eteenpäin siten, että pystymme palvelemaan toisaalta isoja asiakkuuksia ja toisaalta monenlaisia teknologioita”, Keränen sanoo. ”Meillä on lähiaikojen tavoitteena saada kuntoon elektroniikka ja softa. Sitä seuraavat haasteet liittyvät valmistusteknologioihin. Massatuotantoon pääsemiseen menee ehkä puoli vuotta siitä, kun asiakas sanoo kyllä”, arvioi toimitusjohtaja Mika Karilahti. Kosketuspaneelimarkkinat ovat kokonaisuudessaan valtavat, ja TactoTekillä on isot odotukset päästä imuun. Yhtiö tavoittelee viiden vuoden kuluessa yli sadan miljoonan euron myyntiä. VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

TACTOTEK SAI ALKUNSA Oulun VTT:ltä, jossa kehitetään erityisesti painetun elektroniikan teknologiaa. Syntynyt yritysaihio herätti myös spinnoja rahoittavan VTT Venturesin kiinnostuksen. VTT Venturesin tehtävä on sijoittaa VTT:n teknologioihin perustuviin yrityksiin ensin siemenrahaa noin 100 000–200 000 euroa ja etsiä yhdessä uuden yrityksen kanssa rahoittajia verkostoissa olevista sopivista yrityksistä. Lisäksi hyödynnetään VTT:n asiakaspäälliköiden kontakteja. ”Meillä on yhteydet kaikkiin isoihin pöytiin. Istumme spinnojen hallituksissa ja sparraamme niiden toimitusjohtajia”, VTT Venturesin sijoitusjohtaja Erkki Aaltonen kertoo. Viime vuonna Ventures sai yli viisi kertaa enemmän ulkopuolista rahoitusta kuin mitä se itse sijoitti. Sen kautta maailmalle on ponnistanut tähän mennessä yli 20 spinnoa. Ehdotuksia tulee vuosittain noin 200, joista jatkoon pääsee kymmenkunta.

”Kilpailu on erittäin rajua, ja merkittävän siivun nappaaminen on erinomaisen haastavaa. Meillä on kuitenkin moiseen temppuun mahdollisuus”, Karilahti vakuuttaa. Isot odotukset

Myös VTT Venturesin sijoitusjohtaja Erkki Aaltonen uskoo TactoTekiin. ”Tämä teknologia voi muuttaa koko kosketuspaneelimarkkinat. Bisnes muuttuu koko ajan, ja TactoTekillä on hyvät mahdollisuudet ottaa merkittävä osa markkinoista haltuunsa.” Voimakkaassa kasvussa olevat kosketusteknologiamarkkinat mahdollistavat jopa miljardien liikevaihdon. Eniten kysyntää on Taiwanissa, mutta myös muualla Kaukoidässä ja USA:ssa. TactoTek käy parhaillaan neuvotteluja alan johtavien matkapuhelinvalmistajien kanssa. Yhtiö on keskustellut yhteistyöstä myös eurooppalaisten ajoneuvo- ja työkonevalmistajien kanssa. ”Meidän on oltava oikean teknologian kanssa oikeaan aikaan oikeassa paikassa, jotta pääsemme kasvuun mukaan”, Karilahti korostaa.  67


68

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA


Nuorekkuutta Pohjolan villistä marjasta Lumene ammentaa ensimmäisenä marjojen kantasoluviljelystä kauneudenhoidon tuotteissaan. Teksti Paula Bergqvist Kuvat Vesa Tyni, VTT, Lumene Oy, iStockphoto

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

69


Villinä luonnossa kasvavat marjat kiinnostavat maailmalla.

O

lemme monia kilpaili-

joitamme pienempiä, joten meidän on oltava fiksumpia, tehokkaampia ja ketterämpiä”, Lumene Oy:n toimitusjohtaja Tapio Pajuharju toteaa. Kansainvälisen kasvun aikaansaaminen kilpaillulla alalla edellyttää vahvaa, omaa innovatiivista tuotekehitystoimintaa ja hyviä partnereita. ”Usein parhaat kumppanit löytyvät Suomesta. VTT on meille luonteva ja mieluisa kumppani: talossa on innovatiivista osaamista pohjoisten marjojen hyödyntämisestä uusimman teknologian keinoin”, Pajuharju toteaa. Yhteistyö VTT:n kanssa lähti käyntiin kymmenkunta vuotta sitten julkisissa Tekes-hankkeissa. ”Projektit olivat hyviä, mutta niistä saatua tietoa oli vaikea hyödyntää käytännössä. Oli aika käynnistää oma tuotekehityshanke”, Lumenen innovaatio- ja tuotekehitysjohtaja Tiina Isohanni kertoo. Kehitystyö johti Lumene Excellent Future -tuotesarjan lanseeraamiseen keväällä 2012. Sarjaan kuuluvat seerumi, Tapio Pajuharju 70

päivä- ja yövoide sekä silmänympärysvoide. Lakan kantasoluteknologia on käytössä myös Lumene Excellength -ripsivärissä. Pohjolan villit marjat

Suomessa Lumene on alansa markkinajohtaja. ”Kansainvälisillä markkinoilla keskitymme Pohjoismaihin, Yhdysvaltoihin ja Venäjään, joissa olemme haastajan asemassa”, Tapio Pajuharju sanoo. ”Suomalaisuus on etu, sillä meidät tunnetaan turvallisista, innovatiivisista ja korkealaatuisista tuotteista. Myös mielikuvat puhtaasta suomalaisesta luonnosta tukevat tavoitteitamme.” Lumenen vahvuuksia ovat Pajuharjun mukaan luonnon tehokkaat raaka-aineet ja toimivat, turvalliset tuotteet. ”Villinä luonnossa kasvavat marjat ovat maailmalla todella ainutlaatuisia ja kiinnostavia – samoin niiden pohjalta kehitetyt uudet teknologiat. Lumenen kiehtova tarina hurmaa niin kauppaketjujen ostajat kuin kuluttajatkin maailmalla.” Luonnollisesti lakka

Lumene on hyödyntänyt tuotteissaan pohjoisia raaka-aineita aina 90-luvulta asti. Lakka ja sen siemenöljyt ja uutteet ovat olleet tuotteissa mukana 2000-luvun alusta lähtien. VTT ja kantasoluteknologia tarjosivat Lumenelle mahdollisuuksia löytää lakasta uusia ominaisuuksia ja käyttää kasvia kokonaisvaltaisemmin. VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA


Lakan kantasolut tuotantoon LUMENE EXCELLENT FUTURE -sarjassa hyödynnetään lakkakasvia. VTT:n tutkijat eristivät lehdestä peräisin olevia soluja, joita lähdettiin kasvattamaan laboratorio-olosuhteissa. ”Lakka ei reagoi helposti soluviljelyolosuhteisiin. Oikeiden kasvuolosuhteiden löytäminen kesti huomattavasti tavanomaista kauemmin – puolitoista vuotta”, kertoo erikoistutkija Riitta Puupponen-Pimiä VTT:ltä. Olosuhteiden optimoinnin jälkeen VTT kehitti tuotantoprosessia: laboratoriossa siirryttiin vaihe vaiheelta isompiin kasvatusastioihin. VTT:n marjatutkimukset alkoivat aikanaan tuoreen marjan säilyvyystutkimuksista. 15 vuotta sitten mukaan tuli marjan bioaktiivisten yhdisteiden tutkiminen ja fysiologisten ominaisuuksien arvioiminen. Viime vuosina VTT on kehittänyt soluviljelyteknologiaa. Nyt VTT:llä on ainutlaatuinen kokoelma suomalaisten marjojen soluviljelmiä: joukkoon kuuluu lakan lisäksi mesimarja, mustikka, puolukka, karpalo, vadelma, pihlajanmarja ja mansikka. ”Käyttämällä soluviljelyteknologiaa voidaan käyttää hyväksi marjakasvin koko biosynteesikapasiteetti ja näin laajentaa iholle hyödyllisten yhdisteiden kirjoa”, toteaa Puupponen-Pimiä.

”VTT-yhteistyössä on ollut kyse teknologian yhdistämisestä luonnon raaka-aineisiin”, Lumenen Tiina Isohanni toteaa.

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

71


Soluviljelmässä oli tiettyjä hyödyllisiä yhdisteitä huomattavasti enemmän kuin alkuperäisessä kasvissa.

Pohjolan luonto kosmetiikassa Lumene Oy on suomalainen ihonhoito- ja kosmetiikka-alan yritys. Konserniin kuuluu kaksi tuotemerkkiä, ihonhoito- ja värikosmetiikkaan keskittynyt Lumene sekä ammattilaisten hiuskosmetiikkamerkki Cutrin. Lumenen liikevaihto­ vuonna 2011 oli noin 85 miljoonaa euroa. Liikevaihto kasvoi noin kolme prosenttia edellisvuoteen verrattuna. Käyttökate oli 12,5 miljoonaa euroa eli noin 15 % liikevaihdosta. Liikevaihdosta 90 prosenttia tulee yhtiön päämarkkinoilta Suomesta ja muista Pohjoismaista sekä Venäjältä ja USA:sta. Noin puolet liikevaihdosta tulee kansainvälisiltä markkinoilta. Yhtiö työllistää noin 530 henkilöä, joista 330 työskentelee Suomessa. Lumene-tuotteet valmistetaan Espoossa.

72

”Lakan valinta uuden tuotteen raakaaineeksi oli alusta lähtien luontevaa. Hieman tavallista pitempi tuotekehitys – kolmisen vuotta – johtui siitä, että aluksi VTT kehitti lakan kantasoluviljelmän ja sitten edelleen suuren mittakaavan tuottoprosessin tälle raaka-aineelle. Me taas tutkimme kantasoluvalmisteen ominaisuuksia, tehoa ja turvallisuutta”, Isohanni kertoo. Tähtäin nuorekkuuden vaalimisessa

Yksi voimakkaimmista suuntauksista ihonhoidossa ovat vanhenemista ehkäisevät ja hidastavat tuotteet. Näihin Excellent Future -tuotesarjakin keskittyy. Samoin luonnonraaka-aineiden käyttö on ollut alalla pitkään trendinä. ”Kolmantena tulee teknologian yhdistäminen luonnonraaka-aineisiin. Ja sitähän tämä kehitystyö VTT:n kanssa on nimenomaan ollut”, Tiina Isohanni toteaa. Lumenen väelle oli positiivinen yllätys, että soluviljelmämateriaalissa oli tiettyjä hyödyllisiä yhdisteitä jopa huomattavasti enemmän kuin alkuperäisessä kasvissa. Tuoreeseen lakkaan verrattuna soluviljelmä sisälsi enemmän muun muassa proteiineja. ”Valmisteesta löytyi myös erityyppisiä antioksidantteja, muun muassa ellagitanniineja ja flavanoleja, jotka kiinnostivat meitä ihon vanhenemisen ehkäisemisen kannalta. Antioksidantit ehkäisevät ihossa tapahtuvia haitallisia biokemiallisia reaktioita, ja niiden

arvioidaan siksi ehkäisevän ihon vanhenemisprosessia. Flavanoleja oli kymmenen kertaa enemmän kuin tuoreessa lakassa.” Elinvoimaa ihosoluihin

Selvittääkseen miten lakkavalmiste vaikuttaa ihoon Lumene teetti tutkimuksia ihosolumallien avulla. Nämä tutkimukset tehtiin muualla kuin VTT:llä. Tutkimuksissa käytettiin ihon ylemmän kerroksen keratinosyytti-soluja ja syvemmällä olevia fibroblastisoluja. Kävi ilmi, että elävät ihosolut kestivät UV-säteilyn ja kemikaalit selvästi paremmin ja säilyttivät elinvoimaisuutensa, kun näytteeseen oli lisätty uutta valmistetta. Tutkimukset osoittivat myös, että valmiste edesauttoi ihon kimmoisuuteen vaikuttavan prokollageenin muodostumista. ”Varmistimme tuloksia useasta näkökulmasta. Esimerkiksi VTT:n tutkimukset osoittivat, että kantasoluvalmiste vähensi solun oksidatiivista stressiä, joka vaikuttaa kollageenin pilkkoutumiseen. Tulos oli siis yhdenmukainen muiden tutkimusten kanssa”, Isohanni kertoo. Jatkohankkeista ei ole vielä sovittu. ”Varmaa on, että jatkamme VTT:n tutkijoiden ja pohjoisten marjojen parissa jossain muodossa. ”Meitä kiinnostaa myös muu VTT:n osaaminen nyt, kun olemme päässeet laajemminkin tutustumaan talon tarjoamiin tutkimuspalveluihin.”  VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA


1.

2a.

Marjan kantasolujen tuotantoprosessi vaihe vaiheelta 1. Soluviljelmän aloitus kasvista 2a. ja b. Solulinjojen valinta 3. Kasvatusolosuhteiden optimointi 4. Marjasolujen kasvatus bioreaktorissa 5. Pakkaskuivatut kantasolut

4.

2b.

3. VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

5. 73


Nanosellu markkinakuntoon Nanoselluloosa lupaa houkuttelevia ominaisuuksia lukuisille tuotteille eri teollisuudenaloilla. UPM Biofibrillit -hanke tasoittaa tietä soveltajille. Teksti Marianna Salin Kuvat UPM-Kymmene Oyj

K

un UPM aloitti biofibril-

lien esikaupallisen tuotannon runsas vuosi sitten, oivallisia sovelluskohteita oli kehitteillä jo monilla teollisuudenaloilla. ”Olemme tehneet paljon sovellus- ja kaupallistamistyötä useiden eri partnereiden kanssa. Näemme suuren volyymin potentiaalia sovelluksissa, jotka liittyvät paperiin, pakkauksiin, maaleihin, betoniin ja öljyyn”, sanoo UPM:n Biofibrillit-hankkeen johtaja Esa Laurinsilta. UPM:ssä nanoselluloosaa eli nano- ja mikrokokoon jauhettua selluloosaa kutsutaan siis biofibrilleiksi. Sen lisäksi, että biofibrillit lujittavat kiinteitä aineita, kuten paperia ja kartonkia, ne ryhdistävät nesteitä, kuten märkää maalia ja kosteusvoidetta. Kalvona ne voivat suojata elintarvikkeita ja tarjota alustan painettavalle elektroniikalle. Sovellusideoiden lista vaikuttaa loputtomalta. Riittäisikö kaikille sovelluksille biofibrillejä? Laurinsillan mukaan ei tällä hetkellä. Hän pitää tarjonnan käännekohtana hetkeä, jolloin ensimmäinen suurista prosessiteollisuuden soveltajista tekee läpimurron markkinoilla. Sen jälkeen hän ei murehtisi biofibrillien riittävyyttä. Saahan nanomittakaavan aine raakaaineensa mammuttimittakaavan sellutehtaasta – ja metsästä. 74

Lujuutta kannattavasti

Nanoselluloosan esikaupallinen tuotanto ja kaupallisesti houkuttelevat sovellukset olivat päätavoitteita, kun UPM, VTT ja Aalto-yliopisto perustivat Suomen Nanoselluloosakeskuksen vuoden 2008 alussa. Viisivuotiselle hankkeelle varattiin 40 tutkijan voimat ja viiden miljoonan euron rahoitus jokaista vuotta kohden. Rahoituksen järjestivät pääasiassa Tekes ja kumppanit itse. ”Kyse on laajasta ja pitkäjänteisestä yhteistyöstä, joka on kokoluokaltaan poikkeuksellinen koko Suomessa”, Esa Laurinsilta toteaa. UPM:ssä Biofibrillit-hanke kuuluu biokomposiitti UPM ForMin rinnalla uuden liiketoiminnan hankkeisiin, joilla yhtiö hakee puukuidulle lisäarvoa ja uusia markkinoita. ”On äärettömän tärkeää myös perustutkimukselle, että saadaan teollisia läpimurtoja”, huomauttaa puunjalostuksen pintakemian professori Janne Laine, joka koordinoi hanketta Aalto-yliopiston osalta. ”Voin heti kertoa viisi tapaa lisätä paperin lujuutta, mutta miten parantaa lujuutta ja muutamaa muutakin ominaisuutta kustannustehokkaasti?” Laine toivoo vastauksia nanoselluloosasta. Hallittua rönsyilyä

Hanke alkoi laajan alueen haravoinnilla. Laboratorioissa valmistettiin eri nanoselluloosalaatuja ja selvitettiin niiden erityispiirteitä. SaVTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA


Monipuolinen nanoselluloosa PAPERISSA KÄYTETTÄVÄN SELLULOOSAN kuitu on 2–3 millimetriä pitkä ja 0,03 millimetriä paksu, siis hieman hiusta ohuempi. Kuitu muodostuu noin tuhat kertaa pienemmistä nanofibrilleistä, jotka saadaan irtoamaan toisistaan jauhamalla. Samalla epätasainen sellupuuro muuttuu sileäksi geeliksi. Syntyy nanoselluloosaa, tai tarkemmin määriteltynä nano- tai mikrofibrilloitua selluloosaa. Nanoselluloosan ominaisuuksiin vaikuttavat muun muassa fibrillien koko ja varaus. Eri laatuja voidaan valmistaa jauhatusta säätämällä sekä kemiallisin esi- ja jälkikäsittelyin. Lisäaineena nanoselluloosa muuttaa muun muassa nesteiden reologiaa eli virtausominaisuuksia ja lujittaa kiinteitä aineita. Parhaimmillaan sen lisäys kohentaa ominaisuuksia sekä aineen nestemäisessä että kiinteässä olomuodossa. Tätä tavoitellaan esimerkiksi maaleissa. Nanoselluloosalla terästetty maali pysyy tasaisena seoksena purkissa ja levittyy helposti, mutta jäh-

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

mettyy pian valumattomaksi ja muodostaa kuivuttuaan entistä kestävämmän kalvon. Samankaltaisia ominaisuuksia voidaan hyödyntää myös lukuisissa muissa aineissa, kuten betonissa, öljyissä ja kosteusvoiteissa sekä huokoisissa materiaaleissa, kuten eristeissä ja suodattimissa. Nanoselluloosa ei ole pelkkä lisäaine, vaan siitä voidaan valmistaa muun muassa läpikuultavia kalvoja vaikkapa taipuisan näytön perustaksi. Nämä sovellukset koskevat lähinnä kuitumaisia nanoselluloosalaatuja, joihin Suomen Nanoselluloosakeskus on keskittynyt. Maailmalta löytyy esimerkkejä myös kiteisestä nanoselluloosasta, jota voidaan käyttää muun muassa lasikuidun tapaan lujittamassa muovikappaleita. Nanoselluloosaa voidaan kasvattaa myös bakteerien avulla muun muassa elintarviketeollisuuden ja lääketieteen diagnostiikan tarpeisiin. Sen avulla esimerkiksi rasvattomaan jogurttiin saadaan tuhti tuntuma.

75


Jättihanke: Perusteet, sovellukset ja kaupalliset tuotteet UPM, VTT JA AALTO-YLIOPISTO perustivat Suomen Nanoselluloosakeskuksen vuonna 2008 Espoon Otaniemeen. Organisaationa se on täysin virtuaalinen, itse asiassa suuri paketti projekteja, joita kumppanukset ovat toteuttaneet yhteistyössä kunkin erityisosaamista hyödyntäen. Miten varmistettiin yli 40 henkilön yhteistyö? Tämä oli kysymys, jolle omistettiin runsaasti aikaa ja huomiota yhteistyön alussa. Ohjausryhmien ja erillisten projektiryhmien tapaamisille sovittiin tavallista tiiviimmät aikataulut. Lisäksi tutkijoille tarjottiin mahdollisuuksia poikkitieteellisiin – ja myös vapaamuotoisiin – kohtaamisiin. ”On ollut sisäisiä seminaareja ja maanantai-iltapäivän yhteisiä kahvihetkiä. Muodostimme myös tutkijoiden työpareja organisaatiorajojen yli”, VTT:n teknologiapäällikkö Pia Qvintus kertoo. Lisäksi keskuksessa otettiin käyttöön yhteinen dokumenttien hallintajärjestelmä, ja osa VTT:llä sijaitsevista Nanoselluloosakeskuksen tiloista osoitettiin kaikkien osapuolten käyttöön. Hanke yhdisti kolme erilaista organisaatiokulttuuria mutta myös ihmisiä organisaatioiden sisällä. Esimerkiksi Aalto-yliopistossa yhteistyöhön lähti peräti kuusi eri professoria osin eri laitoksiltakin. Yliopiston joukkoja koordinoinut puunjalostuksen pintakemian professori Janne Laine tietää, että yliopistoissa moinen yhteistyö ei ole itsestään selvää. ”Ei ole ollut minkäänlaista kitkaa, vaikka tavallaan voisi ajatella, että kilpailemme samasta rahoituksesta.” Hankkeen soveltavaa tutkimusta on tehty VTT:n eri toimialoilla, ja mukaan on tullut myös eri alojen yrityksiä. ”Kun lähdetään kehittämään uutta materiaalia, tiedetään lähtökohtaisesti, että luvassa on täysin uusia ominaisuuksia. Siksi onkin valtava rikkaus, että saamme paljon näkemyksiä hyvin eri puolilta”, sanoo UPM:n Biofibrillithankkeen johtaja Esa Laurinsilta. Hän uskoo, että hankkeen kumppanukset hyödyntävät viiden vuoden aikana hiottua yhteistyötä myös tulevaisuudessa tavalla tai toisella. Pia Qvintus toivoo, että VTT pääsee soveltamaan hankkeessa kehitettyä yhteistyömallia myös muihin hankkeisiin. ”On ollut hienoa nähdä, miten nopeasti tällaisen ison volyymin hankkeen tuloksia on pystytty hyödyntämään.”

76

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA


Nanosellun avulla rasvattomaan jogurttiin saadaan tuhti tuntuma.

malla ideoitiin, millaisiin käyttökohteisiin ne voisivat tuoda lisäarvoa. Aalto-yliopisto ja VTT värväsivät mukaan asiantuntijoitaan lukuisilta eri tieteen ja teollisuuden aloilta. Kaupallistamisen näkökulmasta aloilla on kuitenkin selkeä marssijärjestys, ja sen perusteella hanke jaettiinkin kahtia. UPM:n luottamukselliseen osuuteen sovitettiin nanoselluloosan valmistusmenetelmät sekä ne sovellukset, jotka antavat viitteitä lähivuosien massatuotannosta. Mukaan tulivat näin prosessiteollisuuden sovellukset, jotka liittyvät paperiin, pakkauksiin, maaleihin, betoniin ja öljyyn. ”Hankkeen julkinen puoli on luonteeltaan enemmän perustutkimuksellista ja pidempiaikaista”, Janne Laine määrittelee. Tosin kiinnostuneita soveltajia on tiivisti mukana tässäkin hankkeessa. Aalto-yliopisto ja VTT ovat kehittäneet muun muassa valmistusmenetelmän nanoselluloosakalvolle, joka soveltuu erilaisiin korkean lisäarvon tuotteisiin, kuten painettuun elektroniikkaan, diagnostiikkaan ja mahdollisesti joihinkin pakkauksiin. Kalvon rullalta rullalle -valmistusteknologiaa voidaan soveltaa sellaisilla laitteilla, joita teollisuudessa jo on, ja raaka-aineeksi sopii UPM:n biofibrilli. Paikka kärkijoukossa

Nanoselluloosan tutkimus alkoi jo 1980-luvulla, mutta kaatui joidenkin arvioiden mukaan valmistusprosessin valtavaan energiankulutukseen. ”En ole kyllä varma, oliko kukaan edes tehnyt energialaskelmiaan loppuun asti. Luulen, ettei ollut ihan pelkästään energiankulutuksesta kiinni”, Laine naurahtaa. Olennaisempaa lieneekin kysyä, tarvitsiko metsäteollisuus tuolloin uusia tuotteita ja kaivattiinko tuolloin biomateriaaleja fossiilisten korvikkeeksi. Nanoselluloosatutkimus eteni kuitenkin pienessä piirissä, kunnes kiinnostus heräsi viime VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

vuosikymmenen aikana monellakin taholla. Kun Suomen Nanoselluloosakeskus hyppäsi vuonna 2008 mukaan, alan paras tieto löytyi lähinnä Japanista, Kanadasta ja Ruotsista. Nyt on monta hyvää syytä väittää, että Suomen Nanoselluloosakeskus on harpponut kärkijoukkoon. Janne Laine mittaa menestystä kymmeninä tieteellisinä julkaisuina, Esa Laurinsilta muun muassa patentteina. Hanke on tuonut UPM:lle yli 50 nanoselluloosan valmistukseen ja soveltamiseen liittyvää patenttia tai patenttihakemusta. ”Säilytämme toimintavapautemme patentoimalla ja toisaalta julkaisemalla sellaisia tuloksia, joissa emme itse näe patentoinnin aihetta”, Laurinsilta selittää. Loppukiri alkamassa

Nykymenetelmillä nanoselluloosatuotteiden tuotantoa ei pidättele ainakaan energiankulutus, ja eturivin kehittäjät ovatkin aloittaneet niiden esikaupallisen tuotannon. Loppukiriin osallistuvat lähinnä metsäteollisuuden toimijat, vaikka selluloosaa saa toki muistakin kasveista, kuten oljesta ja sokerijuurikkaasta, jopa bakteerien tuottamana. ”Jokin jäte tai teollisuuden sivuvirta voi olla tietenkin mielenkiintoinen raaka-aine, mutta metsien ja metsäteollisuuden skaalallakin on merkitystä”, Laine toteaa. Laurinsilta taas korostaa, että selluloosa on myös valmiiksi tasalaatuista ja puhdasta raaka-ainetta. Nanoselluloosan kehittäjät eri puolilla maailmaa ovat erikoistuneet hieman erilaisiin laatuihin, mutta Laurinsilta odottaa alalle joka tapauksessa yhteistä ja korkeatasoista kilpailua. ”Toivon tietenkin, että olemme ensimmäisiä. Toisaalta toivon, että kilpailijat tulevat nopeasti perässä. Uuden luomisessa on erittäin tärkeää, ettei ensimmäinen jää yksin työstämään ja kaupallistamaan tuotetta.”  77


Suomalaista osaamista maailmalle Arctic Machinen koneet pitävät tiet puhtaina lumesta ja liasta. Teksti Milka Lahnalammi-Vesivalo Kuvat Arctic Machine Oy

78

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA


Pois lika ja lumi ARCTIC MACHINE ON yksi Euroopan johtavia tienhoitolaitteiden valmistajia. Vuonna 1981 Suonenjoella perustetun perheyrityksen liikevaihto vuonna 2011 oli 16,3 miljoonaa euroa. Yhtiön päätoimipisteet ovat Suonenjoella ja Salossa. Arctic Machine on yksi harvoista tienhoitolaitevalmistajista, joka omilla tuotteillaan pystyy varustelemaan kokonaisia tienhoidon yksiköitä – on sitten kyse lumenpoistosta, liukkaudentorjunnasta, tien puhdistuksesta tai yksikön varustamisesta älykkäällä ohjausjärjestelmällä.

A

rctic Machine on pitänyt valmistuksen kotimaassa, vaikka työvoima on Suomessa kalliimpaa kuin monessa muussa maassa. Yhtiö on pystynyt huomattavasti tehostamaan tuotantoprosessiaan esimerkiksi suunnittelua ja valikoi-

maa kehittämällä. ”Olemme päättäneet ensin katsoa, kuinka paljon pystymme tehostamaan tuotantoratkaisuissa kotimaassa, ja vasta sitten pohdimme tuotannon siirtoa ulkomaille,” kertoo Arctic Machine Oy:n toimitusjohtaja Juha Jääskelä. ”Toistaiseksi markkinamme ovat Venäjä, Baltia ja Pohjoismaat, jotka ovat kaikki lähellä Suomea. Jos tulevaisuudessa laajennamme markkinoita kauemmas, on tietenkin otettava huomioon raskaiden osien kuljetukseen liittyvät ympäristö- ja kustannustekijät.” Venäjä on ollut Arctic Machinen markkinaalueena 90-luvun alusta asti, ja sillä on edelleen merkittävä rooli yhtiön strategiassa. Myös Venäjälle VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA

vietävien laitteiden tuotanto on Suomessa, mutta Pietariin avattiin oma asennuspiste vuosi sitten. Venäjän osuus Arctic Machinen liikevaihdosta on kaksinkertaistunut jo toista vuotta peräkkäin, ja sieltä tulee nyt jo neljäsosa konsernin liikevaihdosta. Ulkomaantoiminnot ovat yhtiön reilun 16 miljoonan euron liikevaihdosta jo noin puolet. Tuotteiden standardointi tehostaa valmistusta

Arctic Machine on tehostanut tuotantoprosessiaan esimerkiksi osallistuessaan VTT:n vetämään UNIQUE-projektiin. Projektissa tarkasteltiin yrityksen tuotantostrategisen suunnittelun ja päätöksenteon keskeisiä haasteita. ”Parasta tällaisissa projekteissa on mahdollisuus verkottua muiden pk-yritysten kanssa. Samalla voi benchmarkata omaa toimintaa ja oppia uutta,” Jääskelä korostaa. Arctic Machine karsi vuonna 2007 tuotemääränsä 300 tuotteesta 100:aan. Nyt jäljellä on enää 70 tuotetta. 79


Arctic Machinen tienhoitolaitteet ovat karaistuneet pohjoisen vaihtelevissa ja karuissakin olosuhteissa.

Muotoilijan työn tulos yllätti KUN ARCTIC MACHINE lähti tekemään kokonaan uutta sirotinmallistoa, mukaan otettiin muotoilija Harri Koskinen. Tavoitteena oli ulkonäön kehittämisen lisäksi rakentaa tuote, jota pystytään viemään kaikille markkinoille ilman räätälöintejä. Toisaalta sekä valmistuksen läpimenoaikaa että työtunteja haluttiin alentaa merkittävästi. Muotoilun ja tuotekehityksen yhteistyön sujuvuus yllätti. ”Emme saaneet sirotinautolle pelkästään näyttävämpää ulkonäköä, vaan myös tilankäyttö saatiin optimoitua. Kun lavalle saadaan merkittävästi isompi liuossäiliö, urakoitsija pystyy tekemään pidempiä ajolenkkejä yhdellä kertaa ilman, että pitää tulla välillä hakemaan lisää liuosta”, toimitusjohtaja Juha Jääskelä kertoo. Muotoilijan kanssa pystyttiin myös parantamaan osien valmistettavuutta sekä autojen toiminnallisuutta esimerkiksi niin, että kaikki tarvittava on helposti käden ulottuvilla.

80

”Teimme aikaisemmin hyvinkin asiakaslähtöisiä ratkaisuja. Olemme nyt standardoineet tuotteitamme niin, että ne koostuvat eri markkinoille sopivista moduuleista,” Jääskelä kertoo. Tuotanto kansainvälisille markkinoille on haasteellista. Autojen runkorakenteet, varustelut ja myös käyttäjien tottumukset vaihtelevat maasta toiseen. Esimerkiksi Tanskassa sivuauran käyttö ei ole lainkaan sallittu, vaikka se on muilla markkinoilla yleisessä käytössä. Norjassa taas päätiet ovat mutkaisia ja mäkisiä, joten autojen täytyy olla lyhyempiä. Numerot kertovat

Unique-hankkeessa selvitettiin esikäsittelyn merkitys yhtiössä ja vaikutukset mahdollisessa ulkoistamistilanteessa. Selvityksen jälkeen Arctic Machine päätti ulkoistaa esikäsittelyn, kuten osien koneistuksen, levyjen leikkauksen ja kanttauksen. ”Meidän olisi pitänyt tehdä isoja investointeja esikäsittelyyn vaadittaviin laitteisiin. Halusimme mieluummin investoida markkinoihin. Suomesta löytyi myös toimijoita ja hyvää kapasiteettia esikäsittelyn ulkoistamiseen.” Koneistus yhtiöitettiin, ja nyt näitä palveluja myydään aktiivisesti myös ulospäin. Hankkeessa analysoitiin myös robotiikan vaikutusta tuotannossa, mutta sitä ei todettu kannattavaksi silloisien sarjakokojen ja tuotteiden valossa. Jääskelä arvosti numerotietoa, joka eri tuotantovaihtoehtojen kannattavuudesta pystyttiin laskemaan. ”Katsoimme, mikä vaikutus milläkin toimenpiteellä olisi, ja päätimme sen perusteella hankkeista.” 

VTT IMPULSSI – LIIKETOIMINTA


AJASSA

VTT ja GE Healthcare yhteistyöhön Alzheimerin taudin ennakoinnissa GE HEALTHCARE JA VTT ovat solmineet Alzheimerin taudin tutkimusta koskevan yhteistyösopimuksen. VTT:n ja Itä-Suomen yliopiston tutkijat ovat tunnistaneet kehosta merkkiaineen eli biomarkkerin, joka ennustaa taudin puhkeamista parhaimmillaan jopa vuosia ennen sen puhkeamista. Yhteistyö GE Healthcaren kanssa antaa VTT:lle mahdollisuuden saattaa perustutkimuksesta syntyneitä tutkimustuloksia kliiniseksi testiksi, joka auttaa sekä lääkäriä että potilasta. Lisätietoja: Sampo Sammalisto, sampo.sammalisto@vtt.fi

Anna palautetta lehdestä ja voita Nokia Lumia 920!

VTT

2 2.201

TA INNAS ETOIM A LIIK STA J LOGIA TEKNO ESTÄ, TIETE LEHTI

Talous aan kukoistam SYÖPÄÄ HOID

UUDESSA TULE VAIS ILÖLLISES.STI 28 ETA AN YKS

TELU KILPAVARUS ARK TINEN KÄYNNISTYNYT ON S. 60 AN TTA POHJOL TA NUOREKKUU MARJAS 68 S. VILLISTÄ

2

TIEDE

. 40) liiketoimintaa atioihin (s.20– a kannattavaa tutkimuksest us johtaa innova tieteellisestä ainen tutkim VTT tekee , miten monial osio kertoo Lehden tämä

SSI

VTT IMPUL

Vastaaminen on helppoa ja nopeaa! 1. Kirjaudu osoitteeseen www.mcipress.fi /impulssi. 2. Merkitse numerosarja 785362. 3. Tämän jälkeen pääset lukijakyselyyn klikkaamalla Lähetä-painiketta. Onnea arvontaan! Lukijakyselyyn voi vastata kahden viikon sisällä lehden ilmestymisestä. Palkinnon arvontaan osallistuvat kaikki vastanneet. Palkinto arvotaan 2.1.2013. Voittajalle ilmoitetaan sähköpostitse tai kirjeitse.

Palkintona arvotaan noin 660 euron arvoinen Nokia Lumia 920.


VTT Vuorimiehentie 5, Espoo PL 1000, 02044 VTT Puh. 020 722 111 www.vtt.fi


Impulssi 2/2012