Tulossa on halpaa aurinkosähköä ja kännykkä, jota ei tarvitse ladata. Paperiin tai muoviin painettu elektroniikka taipuu ja joustaa. Mutta suurin valtti on hinta: tuotannon vauhti pudottaa sitä jyrkästi.




Julkaistu Tiede-lehdessä 10/2008

Haluatko television, jonka voi rullata auki kuin julisteen tai levittää kuin lehden? Ja joka on yhtä halpa kuin sanomalehti?

Kymmenessä vuodessa televisiotekniikassa siirrytään "paneelista arkkiin", uskoo Sonyn Fusion Domain Laboratoryn tutkimusjohtaja Jiro Karahara. Hänen laboratorionsa on painanut näytön, joka voidaan kääriä neljän sentin paksuiseksi rullaksi kuvan heikkenemättä lainkaan.

Ohut ja joustava elektroniikka vaatii uusia valmistustapoja. Yksi tärkeimmistä on painatus.


Ensin tuli elektroninen muste

Elektroniikka on aina lainannut tuotantomenetelmiä kirjapainosta, mutta aikaisemmin on kopioitu pääasiassa painolaattojen valmistusta. Piikiekoille on kerrostettu materiaalia, josta on poistettu tarpeeton osa syövyttämällä.
Painatuselektroniikka on luonteva jatko: paperille tai muulle alustalle painetaan tekstin ja kuvien sijasta näyttöjä, aurinkokennoja, akkuja, paristoja, sensoreita, muisteja, transistoreita ja muita komponentteja.

Vuonna 1977 Canonin insinöörit keksivät mustesuihkutulostuksen. Samana vuonna kolme kemistiä, japanilainen Hideki Shirakawa sekä yhdysvaltalaiset Alan Heeger ja Alan MacDiarmid, keksivät sähköä johtavat polymeerit. Kolmikko sai työstään kemian Nobelin palkinnon vuonna 2000.

Pian huomattiin, että johteet, eristeet, puolijohteet ja muu elektroniikassa tarvittava on mahdollista valmistaa nestemäisistä raaka-aineista, elektronisista "musteista".

Nyt, kymmenien vuosien kehitystyön jälkeen, alkaa syntyä painettuja elektroniikkatuotteita.


Tuotanto tuhatkertaistuu

Suomalaisia painatuselektroniikka kiinnostaa jo siksi, että puulle ja paperille haetaan uusia käyttötapoja (ks. Puusta kasvaa uutta, Tiede 6/2008, s. 14-15).

VTT:n erikoistutkija Tapio Mäkelä on tuoreessa väitöskirjatutkimuksessaan Åbo Akademissa painanut laboratoriolaitteilla elektroniikkaa muoville ja paperille. Musteena hän on käyttänyt Suomessa kehitettyä sähköä johtavaa polymeeriä, polyaniliinia.

Mäkelä vertaa perinteistä ja uutta valmistusta keskenään: ennen tuotanto eteni askel askeleelta, uusi pyörii painokoneen kautta rullalta rullalle.

Askeltavassa tuotannossa alusta, tavallisesti piikiekko, pysyy paikoillaan ja päälle kerrostetaan materiaalia. Tuotteita, kuten piirilevyjä, syntyy luokkaa tuhat kappaletta tunnissa.

Rullalta rullalle -valmistuksessa eli R2R-tekniikassa (reel-to-reel) tuotantovauhti voi olla tuhatkertainen. Uudet koneet louskuttavat elektroniikkaa samoin kuin mustesuihkutulostin kuvia, mutta sanomalehtipainon nopeudella, miljoonia kappaleita tunnissa.


Vihdoinkin halpaa aurinkösähköä

Elektroniikan tuotantosarjat mitataan miljoonissa. Painettua elektroniikkaa syntyy miljoonia kertoja enemmän eli biljoonien sarjoja. Yksikköhinnat putoavat samassa suhteessa. Kehitystä johtaa pakkausteollisuus, jossa pakettiin painettu elektroniikka saa maksaa vain sentin murusia (ks. Pakkaus viisastuu, Tiede 5/2005, s. 12-13).

Perinteisen piielektroniikan rinnalle syntyy uusi äärimmäisen halpojen tuotteiden maailma.

General Electric ilmoitti viime maaliskuussa valmistaneensa orgaanisia ledivalaisimia painamalla. Yhtiö otaksuu, että samalla tavalla voidaan tuottaa aurinkokennoja ja näyttöjä.

Monet tutkijat uskovat, että painetut aurinkokennot tuovat halvan aurinkosähkön. Painettuun aurinkokennoon voidaan yhdistää painettu akku. Silloin ei tarvitse koskaan ladata kännykkää eikä vaihtaa pattereita kaukosäätimeen.

Tutkijat Linzin ja Tallinnan yliopistoista ovat jo kehittäneet niin sanotun Euro-PSB-laitteen, aurinkokennon ja litiumpolymeeriakun joustavan yhdistelmän. Se on alle millimetrin paksuinen ja painaa alle kymmenen grammaa.


Virtaa vaikka lääkelaastariin

Tietenkin voidaan painaa myös kertakäyttöisiä paristoja. Esimerkiksi suomalainen Enfucell on tuomassa markkinoille painettua paperiparistoa, SoftBatteryä. Pehmopariston isä on kiinalainen bioteknologian tutkija, tohtori Xiachang Zhang, joka on asunut pitkään Suomessa ja työskentelee nykyisin Enfucellissä.

Paristo on miniatyyrikokoinen kertakäyttövoimalaitos. Se sopii radiotaajuustarroihin, soiviin postikortteihin ja muihin tämäntapaisiiin lyhytikäisiin tuotteisiin.

Paristo on liitettävissä myös lääkelaastariin, esimerkiksi kipua lievittävään laastariin tai nikotiinilaastariin. Sen antaman pienen sähkövirran ansiosta lääke menee ihon läpi tehokkaasti.

Enfucell on kehittänyt myös kosmeettisia laastareita yhdessä "erään suuren kosmetiikka-alan yrityksen kanssa". Yksityiskohdat ovat liikesalaisuuksia, mutta toivoa sopii, että painettu elektroniikka kohta kaunistaakin meitä.


Pian komponentin voi syödäkin

Painettu elektroniikka on myrkytöntä: esimerkiksi SoftBatteryn voi heittää talousjätteen sekaan. Turvallisuutensa vuoksi painatuselektroniikkaa on mahdollista upottaa vaikka leluihin.

Vaarattomasta elektroniikasta seuraava askel on syötävä elektroniikka. Kodak haki viime vuonna patenttia nieltävälle radiotaajuustarralle, jonka voi liittää lääkkeeseen. Tehtyään tehtävänsä elektroniikka liukenee mahahappoon. Lääkärit pystyvät seuraamaan lääkkeen kulkua, mutta uusi tekniikka tuo muitakin hyötyjä.

Tutkimusten mukaan vuosittain kuolee satojatuhansia ihmisiä siksi, että he unohtavat ottaa lääkkeensä. Turhat kuolemat vähenevät, kun lukulaite pystyy seuraamaan, onko lääke varmasti syöty.


Sovelluksia valoista vaatteisiin

- Pakkausten happi-indikaattorit ja tuoreussensorit

- Puhuvat elintarvike- ja lääkepakkaukset

- Puettava elektroniikka

- Sähköpaperi

- Väriä vaihtava tapetti

- Hologrammit

- Autojen sisävalot

- Läpinäkyvät aurinkokennot ja muu läpinäkyvä elektroniikka

- Sensoriverkot ympäristön tilan seuraamista varten

- Bioaktiivinen, mikrobeja paljastava ja tuhoava paperi

- Puiden merkitseminen metsässä

- Biopolttokenno


Lähteitä: VTT, Motorola, PolyIC, IDTechEx

Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Alzheimerin tautiin tarkoitettu lääke auttoi unien hallintaa.

Jos haluat hallita uniasi, se voi onnistua muistisairauden hoitoon tarkoitetulla lääkkeellä. Lääke virittää ihmisen näkemään niin sanottuja selkounia, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Selkounessa ihminen tiedostaa näkevänsä unta ja pystyy jopa vaikuttamaan siihen.

Joka toinen ihminen on mielestään nähnyt selkounen ainakin kerran elämässään. Joka neljäs näkee niitä kuukausittain, arvioi parin vuoden takainen tutkimuskatsaus.

Alzheimerlääke auttoi tuoreessa yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa koehenkilöitä selkouniin. Koehenkilöistä nuori nainen onnistui unessa rullaluistelemaan tavaratalossa, kun oli ensin suunnitellut sitä valveilla.

”Luistelimme ystäväni kanssa pitkin käytäviä. Oli niin hauskaa, että upposin täysillä uneen mukaan”, 25-vuotias nainen kuvailee.

Unet olivat koehenkilöiden mukaan lääkkeen vaikutuksesta todentuntuisempia kuin ilman lääkettä. Yhdysvaltalainen tutkimus julkaistiin Plos One -lehdessä.

Kokeessa tutkijat harjoittivat yli 120 eri ikäistä koehenkilöä näkemään selkounia. Ryhmään oli valkoitunut ihmisiä, jotka muistavat unensa hyvin ja ovat kiinnostuneita selkounista.

He opettelivat tekniikoita, joiden pitäisi helpottaa selkouneen pääsyä. Pitkin päivää ja ennen nukkumaan menoa voi esimerkiksi toistella itselleen, että kun näen unta, muistan näkeväni unta.

Unia voi visualisoida eli harjoitella mielessään etukäteen. Selkouneen päästyään voi tehdä todellisuustestejä, kuten onnistuuko seinän läpi käveleminen tai leijuminen.

Lääkekokeessa, jota johti selkounien uranuurtaja Stephen LaBerge, koehenkilöt saivat galantamiinia. Sitä käytetään lievän tai kohtalaisen vaikean Alzheimerin taudin hoitoon.

Lääke terästää asetyylikoliinin määrää aivoissa. Asetyylikoliini huolehtii viestien välityksestä aivosolujen välillä, virkistää muistia ja kiihdyttää rem-unta. Juuri remvaiheessa ihminen näkee yleisimmin unia.

Suurimman annoksen galantamiinia saaneista 42 prosenttia pystyi kuvauksensa mukaan selkouniin. Osuus oli huomattavasti suurempi osa kuin muissa koeryhmissä.

Koehenkilöiden unta ei mitattu unilaboratorioiden laitteilla, joilla tallennetaan silmien liikkeitä ja elintoimintoja. Tulokset perustuivat koehenkilöiden kertomaan.

LaBerge seurasi kuitenkin toisessa tuoreessa tutkimuksessaan silmien liikkeitä unennäön aikana. Silmien liikkeet kiihtyvät rem-unen aikana.

Kun koehenkilöt siirtyivät selkouneen, he liikuttivat silmiään ennalta sovitusti vasemmalta oikealle. Sitten heidän piti seurata unensa kohteita, joita he olivat ennalta visualisoineet.

Silmät liikkuivat sulavasti, samoin kuin ihmisen seuratessa katseella todellista kohdetta. Kuviteltua kohdetta seuratessa silmät liikkuvat nykäyksittäin.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -lehdessä.

Kysely

Oletko nähnyt selkounta?

mdmx
Seuraa 
Viestejä5205
Liittynyt23.11.2009

Viikon gallup: Oletko nähnyt selkounta?

Käyttäjä4499 kirjoitti: Mikä on mt häiriö? Kuten sanoin, minusta lääkkeen käyttö tuohon tarkoitukseen on arveluttavaa. Siinä mennään ehkä peruuttamattomasti alueelle, jonne ei pitäisi mielestäni olla mitään asiaa suoranaisesti. Ehkä en nyt vain ymmärrä tarvetta nähdä hallittua "unta" - miksi ei vain kuvitella? Jos "hourailet" saman, tunnet sen varmaan voimakkaammin. Mutta toisaalta et ole siitä niin tietoinen kuin hereillä ollessa, vai mitä? Niin siis, siinä nimenomaan on täysin tietoinen että...
Lue kommentti
Hirmun anatomia on selvinnyt sääsatelliittien mikroaaltoluotaimilla. Ne näkevät pilvien läpi myrskyn ytimeen ja paljastavat ukkospatsaat, joista myrsky saa vauhtinsa. Kuva: Nasa/Trimm

Pyörivät tuulet imevät energiansa veden lämmöstä.

Trooppiset rajuilmat tappoivat vuosina 1995–2016 lähes 244 000 ihmistä, koettelivat muuten 750 miljoonaa ihmistä ja tuhosivat omaisuutta runsaan 1 000 miljardin dollarin arvosta, enemmän kuin mitkään muut mullistukset, esimerkiksi tulvat tai maanjäristykset.

Näin arvioi maailman luonnonkatastrofeja tilastoiva belgialainen Cred-tutkimuslaitos raporteissaan, joissa se laskee katastrofien pitkän aikavälin inhimillistä hintaa.

Myrskytuhot ovat panneet myrskytutkijat ahtaalle. Kaikki tahtovat tietää, mistä näitä rajuilmoja tulee. Lietsooko niitä ilmastonmuutos?

Lämpö alkaa tuntua

Näihin asti tutkijapiireissä on ollut vallalla käsitys, jonka mukaan hirmuista ei voi syyttää ilmastonmuutosta vielä kotvaan. Se alkaa voimistaa myrskyjä vasta pitkällä aikajänteellä.

Nyt hurjimpia myrskyjä on kuitenkin alettu kytkeä ilmaston lämpenemiseen. Esimerkiksi alkusyksystä 2017 Maailman ilmatieteen järjestö WMO arvioi, että lämpeneminen todennäköisesti rankensi elokuussa Houstonin hukuttaneen Harvey-myrskyn sateita.

Jotkut tutkijat ovat puhuneet kytköksistä jo vuosia.

Esimerkiksi Kerry Emanuel, Massachusettsin teknisen yliopiston myrskyspesialisti, laski 2005, Katrinan runnottua New Orleansia, että Atlantin ja Tyynenmeren myrskyt ovat nykyään 60 prosenttia voimakkaampia kuin 1970-luvulla.

Keväällä 2013 Nils Bohr -instituutin Aslak Grinsted raportoi, että lämpenemiskehitys vaikuttaa myrskyissä syntyviin tulva-aaltoihin.

Kun maapallon keskilämpötila nousee 0,4 astetta, myrskytulvien määrä tuplaantuu. Tämä rajapyykki on jo ohitettu. Kun lämpötila nousee kaksi astetta, tulvat kymmenkertaistuvat. Silloin superrajuja myrskyjä hyökyy Atlantilta joka toinen vuosi. Tähän asti niitä on nähty kerran 20 vuodessa.

Meri lämpenee otollisesti

Tärkein myrskyjä ruokkiva muutosvoima löytyy sieltä, mistä myrskyt ammentavat energiansa ja mihin ilmastonmuutoksen nähdään vaikuttavan: meriveden lämpötilasta. Se kehittyy myrskyille otolliseen suuntaan.

Esimerkiksi Meksikonlahdella, hurrikaanien voimanpesässä, on mitattu jopa pari astetta tavallista korkeampia meriveden lämpötiloja.

Kun Haiyan, yksi kaikkien aikojen kovimmista taifuuneista, marraskuussa 2013 jätti kaksi miljoonaa filippiiniläistä kodittomiksi, meri oli myrskyn syntyalueella vielä sadan metrin syvyydessä kolme astetta normaalia lämpimämpi.

Meressä tapahtuu muutakin epäedullista: pinta nousee. Se kasvattaa myrskyjen nostattamia tulva-aaltoja, jotka usein saavat aikaan pahinta tuhoa.

 

Näin hirmumyrsky kehittyy

Hirmun syntymekanismi on sama kaikkialla, vaikka nimitykset vaihtelevat. Atlantilla ja Amerikan puoleisella Tyynellämerellä puhutaan hurrikaaneista, Aasian puolella taifuuneista ja Intian valtamerellä ja Oseaniassa sykloneista. Grafiikka: Mikko Väyrynen

 

Trooppisia hirmumyrskyjä syntyy päiväntasaajan molemmin puolin 5. ja 25. leveyspiirin välillä. Päiväntasaajalla niitä ei muodostu, sillä sieltä puuttuu coriolisvoima, jota myrsky tarvitsee pyörimiseensä

Kehittyäkseen myrsky vaatii tietynlaiset olot. Suursäätilan pitää olla laajalla alueella epävakaa ja ukkossateinen ja meriveden vähintään 26 asteista 50 metrin syvyydeltä. Lisäksi tuulien pitää puhaltaa heikosti 12 kilometrin korkeuteen asti. Voimakkaissa virtauksissa myrskynpoikanen hajoaa.

1. Merestä nousee lämmintä, kosteaa ilmaa. Se kohoaa nopeas­ti ja tiivistyy ukkospilviksi, jotka kohoavat 10–15 kilometrin korkeuteen. Samalla vapautuu lämpöä, mikä ruokkii matalapainetta.

2. Fysiikan säilymislakien mukaan ylös kohoavan ilman tilalle virtaa ympäriltä korvausilmaa, jolloin ilmanpaine alueella laskee.

3. Lämpöä kohoaa ylös yhä laajemmalti, ukkospilvien jono venyy, ja ilman virtausliikkeet voimistuvat. Ilmanpaine laskee lisää, ja alueelle syntyy liikkuva matalapaineen keskus.

4. Paine-ero tuottaa voiman, joka alkaa pyörittää tuulia kiihtyvää vauhtia. Maan pyörimisliikkeestä aiheutuva coriolisvoima kiertää niitä spiraalin lailla vastapäivään kohti matalan keskusta. Kun tuulen sekuntinopeus nousee yli 33 metrin, on syntynyt trooppinen hirmumyrsky.

Hurjimmissa myrskyissä tuulen nopeus nousee 70–90 metriin sekunnissa. Pyörteen halkaisija vaihtelee puolestaan 400 kilometristä 1 000 kilometriin.

5. Myrskyn voimistuessa sen ylle muodostuu korkeapaine, joka pyörii tuulia vastaan. Laskeva ilmavirtaus kuivattaa ja lämmittää keskusta, ja se seestyy myrskynsilmäksi.

6. Silmää kiertävät tuulet sekoittavat tehokkaasti meren pintaa 50–100 metrin syvyydeltä. Kun lämmintä vettä painuu syvyyksiin ja viileää kohoaa pintaan, ”lämpövoimala” jäähtyy ja hitaasti liikkuva myrsky voi heikentyä. Nopeaan myrskyyn jarru ei ehdi vaikuttaa, ja silloin kumpuava vesi voi loppumatkasta muuttua vaaralliseksi.

7. Kun ranta lähestyy ja meri madaltuu, tuulet pakkaavat vettä myrskyn tielle tulva-aalloksi, joka syöksyy myrskyn mukana maalle tuhoisin seurauksin.

Maalle saavuttuaan myrsky laantuu, kun se ei enää saa käyttövoimaa meren lämmöstä.

 

Tuula Kinnarinen on Tiede-lehden toimitussihteeri.

Julkaistu Tiede-lehdessä 1/2014. Päivitetty 12.9.2018.