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.

Suomalaistutkija havaitsi, että maaseudun monimuotoinen luonto saattaa suojata koiria allergialta. Se antaa tukea biodiversiteettihypoteesille.

Kaupunkilaiskoirilla on enemmän allergioita kuin maaseudulla asuvilla. Vähiten allergioita on koirilla, jotka elävät maalla maalaismaiseen tapaan monilapsisessa, muitakin eläimiä omistavassa perheessä ja saavat ulkoilla vapaasti kotipihalla.

Tällaisia asioita koirista Jenni Lehtimäki sai selville väitöstutkimuksessaan, josta Helsingin Sanomat kertoo jutussaan.

Ihmisistä tosin ei samanlaista yhteyttä löytynyt allergioiden ja asuinpaikan väliltä.

Lehtimäki testasi biodiversiteettihypoteesia. Sen mukaan immuunijärjestelmämme häiriintyy ja allergian tapaiset tulehdusperäiset sairaudet lisääntyvät, kun ympäristön monimuotoisuus hupenee ja me altistumme entistä vähemmille luonnon mikrobeille.

Väitöskirja koostui neljästä tutkimuksesta, joista kaksi käsitteli lapsia ja kaksi lemmikkikoiria.

Kummassakaan lapsitutkimuksessa ei löytynyt merkittävää yhteyttä allergioiden ja ihon mikrobien tai luonnon monimuotoisuuden välillä.

Toisin oli lemmikkien laita. Koiranomistajille suunnatun kyslytutkimusken mukaan sairaimpia olivat kaupunkilaiskoirat, joista noin 17 prosentilla oli allergiaa. Maalla osuus oli viitisen prosenttia.

”Kysely osoittaa ensimmäistä kertaa urbaanin ympäristön ja muun nisäkkään kuin ihmisen allergian välisen yhteyden”, Lehtimäki kertoo.

Vielä selvemmän näytön tarjoaa neljäs tutkimus, johon osallistui yhteensä 170 labradorinnoutajaa ja suomenlapinkoiraa.

Se paljasti, että eniten allergioista kärsivät kaupungissa esimerkiksi kerrostalossa asuvat koirat, joilla on ”urbaani elämäntyyli”. Niiden hoidosta vastaa yksi ihminen, joka harrastaa monenlaista ja lenkkeilee paljon koiran kanssa.

Harvinaisimpia allergiat ovat maalaiseen tapaan maalla elävillä koirilla. Niiden iholla on viljalti ympäristöstä peräisin olevia bakteereja.

Lehtimäki ihmettelee, miksi ympäristön ja allergian yhteys tuli ilmi koirilla muttei lapsilla.

”Allergia on monimutkainen sairaus ja ihmiselämä on monimutkaista, mikä saattaa piilottaa ympäristön vaikutuksen”, hän miettii.

Täysin piiloon ihminen ei kuitenkaan jäänyt. Kyselytutkimuksessa paljastui, että jos allergia vaivaa koiraa, omistajakin on todennäköisesti allergikko. Tämä johtuu epäilemättä jostain yhteisestä tekijästä koiran ja omistajan elämäntavoissa tai ympäristössä.

”Maaseutumaisessa ympäristössä koiran ja ihmisen elimistö altistuu mikrobeille, jotka jollakin tavalla tukevat immuunijärjestelmän toimintaa”, Lehtimäki toteaa.

Kysely

Uskotko biodiversiteettihypoteesiin?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.