Artikkelit

Tampere pyrkii välttämään ympäristökatastrofin tulostamalla esineiden internetin

Alihankkijat perehtyvät kuumeisesti esineiden internetin eli IoT:n liiketoiminnalle tuomiin mahdollisuuksiin, ja teollisuudenalat hidastavat varsinaista käyttöönottoa. Suurin osa IoT-alasta tuntuu kuitenkin lähes täysin jättävän huomiotta yhden aiheen – IoT:n aiheuttamat ympäristöhaasteet.

Paul Berger, Donald Lupo, Suvi Lehtimäki Tampereen teknillinen yliopisto
FiDiPro professori Paul Berger, professori Donald Lupo ja tohtorikoulutettava Suvi Lehtimäki kehittävät printattavia elektroniikkakomponentteja esineide internetiä varten. (Kuva: Tampereen teknillinen yliopisto)

Ongelma ei ehkä ole vielä ilmeinen, mutta on syytä muistaa, että vuoteen 2021 mennessä esineiden internetiin arvioidaan sisältyvän 200 miljardia toisiinsa piisirulla kytkettyä laitetta, joissa kaikissa on akku. Elektronisen jätteen vyöryn pysäyttäminen voi olla kolossaalinen tehtävä. ITU on raportoinut YK-yliopiston arvioista, joiden mukaan maailmassa hävitettiin 53 miljoonaa tonnia elektronista jätettä vuonna 2013. Koska esineiden internet on läsnä kaikkialla, syntyvän elektronisen jätteen määrän arvioidaan kiihtyvän.

IoT kestävänä, energiaomavaraisena järjestelmänä

Suomi on edelläkävijänä pyrkinyt välttämään tätä ympäristökatastrofia edistämällä kestävää tutkimusta ja kehitystä langattoman tekniikan alalla.

Suomen valtioneuvoston mukaan Tampereen alue on avaintoimija maan cleantech-strategian käyttöönotossa. Alueellisella tasolla Kolmenkulma Eco-Industrial Park -yritysalueella on keskeinen rooli tämän strategian toteuttamisessa, yhdessä Tarastenjärven jätteenkäsittelykeskuksen kanssa.

Tampereen kaupunkiseudun elinkeino- ja kehitysyhtiö Tredean cleatech-alan liiketoiminnan kehittäjän Pirkko Eteläahon mukaan Tampereen kaupungin ja kaupunkiseudun kestävä kehitys pyrkii tehostamaan vihreitä innovaatioita jokaisella cleantech-toimialalla – mukaan lukien IoT eri alojen rajat ylittävänä aiheena.

”Tähän mennessä on keskusteltu vain vähän siitä, mitä IoT:n käytännön käyttöönottoon tarvitaan”, sanoo Donald Lupo, Tampereen teknillisen yliopiston elektroniikan ja tietokonetekniikan professori. ”Yleensä oletetaan, että kaikki internetissä toimivat laitteet ovat akku- tai paristokäyttöisiä, mutta meistä se ei ole kestävä ratkaisu. Kehityksen suunta on 4G, 5G, 10G – suurempaa, nopeampaa, parempaa. Mutta mitä suurempi on taajuusalue, sitä enemmän energiaa tarvitaan. Kuitenkin, kun ajatellaan esineiden internetiä kestävänä, energiaomavaraisena järjestelmänä, pitää myös miettiä, miten energiankäyttö voidaan karsia minimiin.”


PAUL-projekti

Professori Donald Lupo yhdessä kollegoidensa Ohio State Universityn professori Paul Bergerin ja professori Mikko Valkaman kanssa kehittävät tällä hetkellä teknologia-alustaa tulostetuille hajautetuille älyesineille, jotka kommunikoivat langattomasti eivätkä tarvitse ulkoista energianlähdettä.

Projektin otsikko on ”Printed, energy-Autonomous UniversaL platform for multifunctional wireless sensors and devices” (PAUL) – tulostettu, energiaomavarainen universaali alusta monitoimisille langattomille laitteille ja laitteille – ja sitä rahoittaa Tekes, teknologian ja innovaatioiden kehittämiskeskus.

PAUL-projektin kunnianhimoisena tavoitteena on parantaa kykyä ottaa energiaa talteen monista lähteistä, kuten valosta, radioaalloista ja liikkeestä, ja varastoida sitä tulostettuihin superkondensaattoreihin, jotka ovat myrkyttömiä eivätkä tuota ongelmia käyttöikänsä lopussa.

Tulostus mahdollistaa uuden sukupolven vähätehoiset ja nopeat piirit. Tämän lisäksi tulostus voi vähentää klooritrifluoridin käyttöä elektroniikassa, sillä CIF3 on yksi maailman vaarallisimmista kemikaaleista – se pystyy polttamaan tiensä tiilen, asbestin tai betonin läpi ja vielä niiden alla olevaan maahan jopa metrin syvyyteen.

”Kyse ei ole vain itse esineiden kestävyydestä, vaan myös niiden käyttöön liittyy kestävyysnäkökanta”, sanoo professori Berger.


Ainutlaatuista suomalaista tietämystä: tutkimus- ja kehityskonsortio

Tampereen alueella toimii laaja yritysten ja tutkimusinstituutioiden verkosto, joka tekee tiivistä yhteistyötä ympäristöystävällisten teknisten ratkaisujen kehittämisen parissa.

”Projektissa on mukana useampia yrityksiä”, professori Berger vahvistaa. ”Olen edelleen vaikuttunut siitä, että tässä FiDiPi-projektissa on mukana kolme akateemista instituutiota ja 14 jäsenyritystä. Miksikö? Yhdysvalloissa yritys haluaa tyypillisesti immateriaalioikeudet täysin omaan omistukseensa – kaikki tai ei mitään. Tämäntyyppiset konsortiot ovatkin hyvin harvinaisia. Siellä ei nähdä, miksi yritys haluaisi käyttää aikaansa sellaiseen mahdollisuuteen, joka ei ehkä hyödyttäisikään sitä millään tavalla."

PAUL-projektiin osallistuu muun muassa tamperelainen yritys Vincit. Mitä IoT:hen tulee, ohjelmistonkehitysyritys on aivan ketjun ääripäässä. Yritys haluaa tutustua alan tutkimukseen nyt, jotta se pääsisi osalliseksi kehitykseen.

Professori Berger huomauttaa, että yhteistyö toimialan kanssa on hyvin tärkeää. ”Tulevaisuudessa tutkimustulosten hyödyntäminen ja yritysten kanssa tehtävä konkreettinen yhteistyö tulee vielä merkittävämmäksi”, sanoo Tekesin palvelujohtaja Kimmo Kanto.

”Saamme yrityksiltä palautetta siitä, mikä heistä on hyödyllistä ja mitä he haluaisivat tehtävän. Osa palautteesta tuo meidät takaisin maan pinnalle sen suhteen, minkälaiset standardien pitäisi olla ja mitä tarvitaan käytännön toiminnassa. Yksi yritys on antanut meille koneaikaa, toiset materiaaleja. Jotkut ovat luvanneet tulla mukaan myöhemmin, kun olemme valmiita kokeilemaan toiminnan laajentamista. He seuraavat projektia ja osallistuvat omalla tavallaan”, selittää professori Lupo.


Erilainen kulttuuri

Professori Berger huomauttaa, että Yhdysvalloissa suuri osa akateemisesta rahoituksesta menee projekteille, joita voidaan hyödyntää sotilaallisiin tarkoituksiin. Suomessa on sen sijaan vahvana tavoitteena sellaisten aloitteiden rahoittaminen, jotka johtavat laajan yleisön teolliseen käyttöön.

”Kulttuuri on täällä erilainen”, professori Lupo toteaa. ”Ihmiset ovat oikeasti kiinnostuneita tekemään yhteistyötä ongelmien ratkaisemiseksi. Lisäksi orgaanisen elektroniikan alalla toiminta on vilkkaampaa. Yliopistotaso osoittaa sitoutuneisuutta. Yliopisto, ihmiset ja kaiken pohjalla oleva infrastruktuuri – nämä ovat kaiken perusta. Yliopisto panostaa nimenomaisesti ihmisiin.”

”On hienoa, että Tampereella on PAULin kaltaisia yhteisprojekteja, joissa esineiden internetiä – joka auttaa tekemään ratkaisuista vihreämpiä – katsotaan myös vihreämmästä näkökulmasta”, Tredean Pirkko Eteläaho painottaa.


Tie todelliseen esineiden internetiin

Toinen tamperelaisyritys, Confidex, on maailman johtava tehokkaiden etämaksulippujen ja RFID-tunnisteratkaisujen ja -palvelujen toimittaja. Älykkään tunnistuksen toiminnoista vastaava toimitusjohtaja Timo Inkinen toteaa, että tulostetut energian varastointi- ja talteenottolaitteet ovat teollisissa internetratkaisuissa käytettyjen langattomien anturien olennaisia osia. Yritys onkin aktiivisesti mukana PAUL-projektissa.

”PAUL-projekti on luonut Confidexille kallisarvoista tietoa, joka voi vahvistaa Confidexin asemaa maailman johtavana tehokkaiden etämaksulippujen ja NFC/RFID-tunnisteratkaisujen ja -palvelujen toimittajana. Lisäksi PAUL-projekti on käynnistänyt useita kumppanuuksia, joilla voidaan kehittää uusia joustavia langattomia antureita tuleviin IoT-sovelluksiin. Vaikka Confidexilla on laaja maailmanlaajuinen asiakaskanta, tutkimus- ja kehitystyömme sijaitsee Tampereella, osittain siksi että alueella on niin vahvaa tietämystä ja vireää toimintaa langattomaan tekniikkaan liittyen. Projektia isännöivän Tampereen teknillisen yliopiston läheisyys varmistaa taitavan työvoiman saatavuuden tulevaisuudessa”, Timo Inkinen sanoo.

Näin ollen, kun projekti on suoritettu onnistuneesti loppuun, käytettävissä on todellinen esineiden internet, joka on edullinen ja sovellettavissa mihin vain ja joka aidosti täyttää ympäristöystävällisyyden kriteerit.

(Artikkeli julkaistiin alunperin englanniksi Business Insider Nordicissa 27.9.2016: http://nordic.businessinsider.com/finland-invests-in-printing-the-internet-of-things---to-avoid-an-global-environmental-nightmare-2016-9/)