Kun hiiri kävi kissalle räätäliksi, ei tunnetusti syntynyt takkia. Joensuun korkeakoulussa haaveiltiin 1980-luvun alussa holografisesta Venuksesta. Sitä ei ole nähty, mutta syntyi uutta tietoa, osaamista, tekniikkaa ja teollisuutta. Tuli nano-optiikka.Kävikö siis niin, että tällä kertaa takin sijaan saatiinkin frakki?

Teksti: Kalevi Rantanen

Kun hiiri kävi kissalle räätäliksi, ei tunnetusti syntynyt takkia. Joensuun korkeakoulussa haaveiltiin 1980-luvun alussa holografisesta Venuksesta. Sitä ei ole nähty, mutta syntyi uutta tietoa, osaamista, tekniikkaa ja teollisuutta. Tuli nano-optiikka.Kävikö siis niin, että tällä kertaa takin sijaan saatiinkin frakki?

”Voitaisiinko Milon Venuksen suloja ihastella edestä ja takaa täsmälleen samaan aikaan Pariisin Louvressa, Helsingin Ateneumissa ja Kiteen kunnantalolla?” Näin kysyi 1981 Tiede 2000 -lehdessä silloisen Joensuun korkeakoulun tutkija Pertti Ketolainen. Museoaarteita ja muuta kulttuuria haluttiin tuoda kaikkien ulottuville holografian voimalla, mutta kehitys kulki toisin. Holografiaa syntyi vähän, valo-osaamista paljon. Milon Venuksen sijaan saamme nyt ihailla tietokonehologrammeja.

Syntyikin nano-optiikkaa– Vuodesta 1995 alkaen meillä on keskitytty voimakkaasti niin sanottujen tietokoneella suunniteltujen hologrammien (computer generated holograms) valmistukseen, kertoo yli-insinööri Pertti Pääkkönen nykyisestä Itä-Suomen yliopistosta.– Itse en haluaisi kutsua näitä edes hologrammeiksi, vaan mieluummin mikro- ja nanorakenteisiin perustuviksi optisiksi komponenteiksi.Hologrammi saadaan kuvaamalla esine kolmiulotteisesti lasersäteillä. Tietokonehologrammi taas suunnitellaan numeerisilla laskentamenetelmillä, ilman kuvattavaa kohdetta, ja valmistetaan esimerkiksi kvartsista tai piistä elektronisuihkun avulla.Uudet komponentit ovat suureksi osaksi kuluttajalle näkymättömiä optiikan työjuhtia, kuten diffraktiohiloja, diffraktiivisia linssejä ja lasersäteen muodon muokkaajia. Ne tehostavat esimerkiksi ledivalojen, kameroiden ja näyttöjen toimintaa. Seteleiden, pakkausten ja luottokorttien turvamerkinnät tehdään usein samalla tavalla. Ne voivat näyttää hologrammeilta, mutta ovat todellisuudessa syntyneet tietokoneessa.

Saarnamies aikaansa edelläKolmekymmentä vuotta sitten tutkijat levittivät holografian evankeliumia innokkaasti myös teollisuuteen. – Toimin holografian saarnamiehenä, kertoo Itä-Suomen yliopiston emeritusprofessori Rauno Hämäläinen. Hän mainitsi 1981 Tiede 2000 -lehdessä interferometrian yhtenä esimerkkinä teollisista sovelluksista.Holografiainterferometriassa verrataan hologrammia ja alkuperäistä esinettä, jolloin havaitaan pienetkin muodonmuutokset. Suuri mittaustarkkuus on eduksi monilla aloilla, kuten lentokoneteollisuudessa. – Ehdotin esimerkiksi Valmetin lentokonetehtaalle holografiaa aineenkoetukseen, Hämäläinen muistelee. Vastaus oli, että 1930-luvulla keksityt mittausmenetelmät riittävät. Samoihin aikoihin Yhdyvaltain lentokoneteollisuus siirtyi holografiamenetelmään.– Holografia oli tuohon aikaan vielä liian uutta, kiteyttää professori Hämäläinen.

Keskittyminen toi osaamistaTulokset ovat poikenneet haaveista. Kannattiko siis Joensuussa keskittyä holografiaan 30 vuotta sitten? – Kyllä kannatti, vastaa Hämäläisen kollega Pertti Ketolainen, nykyään emeritusprofessori hänkin. – Pienen fysiikan laitoksen voimavarat riittivät  siihen. Sittemmin holografiatutkimus on poikinut yleismaailmallisesti tunnetun laitoksen modernin optiikan alalla.Tieto ja osaaminen karttui, mutta myös taloudellinen lopputulos on ollut hyvä. Tutkimuksesta on versonut yrityksiä, kuten Nanocomp, joka toimittaa diffraktiivista optiikkaa kaikkialle maailmaan.– Holografian tutkimuksessa syntynyttä osaamista on hyödynnetty myös konenäössä sekä kännyköiden ja näppäimistöjen taustavalojen valmistuksessa, täydentää Pasi Vahimaa, joka toimii nyt teoreettisen optiikan professorina Itä-Suomen yliopistossa.

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

Hologrammi on tietopaketti

Holografiakuvauksessa filmille tai valoherkälle kennolle tulee kaksi lasersädettä, toinen suoraan ja toinen kuvauskohteesta heijastuneena. Säteet saapuvat kohteen muodon mukaan eri vaiheissa. Yhteen osuessaan ne summautuvat eli interferoivat, jolloin ne joko vahvistavat tai heikentävät toisiaan. Kaikki tieto tallentuu hologrammiin.  Kohteen jokaisesta pisteestä heijastuu valoa kuvan jokaiseen pisteeseen. Siksi hologrammin palasessakin on koko kuva, vain tarkkuus on pienentynyt. Hologrammia katsotaan kuin tavallista kuvaa. Valokin voi olla tavallista, lasersädettä ei välttämättä tarvita.Hologrammeja käytetään nykyään esimerkiksi tuotteiden tunnisteina ja koristeina, näytöissä, mainoksissa, tarroissa ja teipeissä, aikakauslehtien kuvituksessa ja koruissa.

Holovisiota odotetaan

Holografista kuvaa voidaan tuottaa myös muilla kuin valoaalloilla, esimerkiksi ultraäänellä. Oulun yliopiston tutkija Esko Alasaarela kirjoitti 1981 ultraääniholografiasta. Hän kuvasi tulevaisuuden terveystarkastusta: ”Seuraavaksi on vuorossa sydän, jonka syke näyttää kolmiulotteisessa kuvassa ihmeen laajalta ja voimakkaalta.”– Ultraääniholografiaa kehitettiin Oulun yliopistossa ja tutkimustyön tuloksena syntyneessä yrityksessä, muistelee Esko Alasaarela, joka toimii nykyään dosenttina samassa yliopistossa.Oululaistutkijat kehittivät menetelmän kohteeseen tulevan ja siitä heijastuvan ultraääniaallon vaihe-eron mittaamiseksi. Eroa kuvaavasta suureesta, vaihekulmasta, lasketaan ja muodostetaan tietokonekuva. Tutkijat patentoivat menetelmän neljässä Euroopan maassa ja Yhdysvalloissa. Sitten seurasi neuvottelukierros japanilaisten, korealaisten, saksalaisten, tanskalaisten ja amerikkalaisten ultraäänilaitteiden valmistajien kanssa, mutta kaupallista tuotetta ei syntynyt. – Suomessa ei ollut ultraäänilaitteiden valmistajia, ja muualla jostakin ”napapiirin takaa” tulleiden tutkijoiden oli vaikea myydä teknologiaansa, vaikka prototyyppiä tultiin katsomaan Koreasta ja Japanista saakka, sanoo Alasaarela. Ehkä suurin ongelma oli markkinoiden kypsymättömyys. – Olimme yli kymmenen vuotta edellä aikaamme, Alasaarela toteaa. Myöhemmin, 1990-luvulla, samanlainen tekniikka kehitettiin maailmalla, ja nykyään se on standardi lääketieteellisissä ultraäänimittauksissa. Kysymyksessä on nimenomaan tarkka ultraäänikuvaus. Kaupallinen kolmiulotteinen ultraääniholografia on yhä haave. Muuta kolmiulotteista ultraäänikuvaa kyllä tehdään etenkin sikiön, mutta myös sydämen tutkimuksessa.

Kevään ihme pilkottaa pienissä sanoissa.

Talven jäljiltä väritön maisema herää eloon, kun iloista vihreää pilkistelee esiin joka puolelta.

Tätä kasvun ihmettä on aina odotettu hartaasti, ja monille ensimmäisille kevään merkeille on annettu oma erityinen nimityksensä, joka ei viittaa mihinkään tiettyyn kasvilajiin vaan nimenomaan siihen, että kysymys on uuden kasvun alusta.

Kasvin, lehden tai kukan aihetta merkitsevä silmu on johdos ikivanhaan perintösanastoon kuuluvasta silmä-sanasta. Myös kantasanaa silmä tai tämän johdosta silmikko on aiemmin käytetty silmun merkityksessä.

Norkko on ilmeisesti samaa juurta kuin karjalan vuotamista tai tippumista merkitsevä verbi ńorkkuo. Myös suomen valumista tarkoittava norua kuulunee samaan yhteyteen. Rennosti roikkuvat norkot näyttävät valuvan oksilta alas.

Lehtipuun norkkoa tai silmua merkitsevällä urpa-sanalla on laajalti vastineita itämerensuomalaisissa sukukielissä, eikä sille tunneta mitään uskottavaa lainaselitystä. Näin ollen sen täytyy katsoa kuuluvan vanhaan perintösanastoon.

Nykysuomalaisille tutumpi urpu on urpa-sanan johdos, ja samaa juurta on myös urpuja syövän linnun nimitys urpiainen.

Urpa-sanan tapaan myös vesa on kantasuomalaista perua, koskapa sana tunnetaan kaikissa lähisukukielissä.

Taimi-sanaa on joskus arveltu balttilaiseksi lainaksi, mutta todennäköisempää on, että se on kielen omista aineksista muodostettu johdos. Samaa juurta ovat myös taipua- ja taittaa-verbit.

Itu on johdos itää-verbistä, joka on ikivanha indoeurooppalainen laina. Oras puolestaan on johdos piikkiä tai piikkimäistä työkalua merkitsevästä indoiranilaisesta lainasanasta ora. Verso on myös selitetty hyvin vanhaksi indoiranilaiseksi lainaksi.

On mahdollista, että maanviljelytaitojen oppiminen indoeurooppalaisilta naapureilta on innoittanut lainaamaan myös viljakasvien alkuihin viittaavia sanoja.

Kevään kukkiva airut on leskenlehti. Vertauskuvallinen nimi johtuu siitä, että kasvi kukkii suojattomana ilman lehdistöä, joka nousee esiin vasta kukkimisen jälkeen. Vaatimattomasta ulkonäöstä huolimatta leskenlehden ilmestyminen on pantu visusti merkille, ja sille on kansankielessä kymmeniä eri nimityksiä. Yksi tunnetuimmista on yskäruoho, joka kertoo, että vanha kansa on valmistanut kasvista rohtoja etenkin hengitysteiden tauteihin.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2018

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

Tieteessä 5/2018

 

PÄÄKIRJOITUS

Päätön paremmuus järjestys 

Suosituissa lukiovertailuissa ei ole kovin paljon järkeä.

 

PÄÄUUTISET

Etevä laskee sormin

Menetelmä toimii paremmin kuin päässälasku.

Kuitu vaalii verensokeria

Runsaskuituinen dieetti korjasi diabeetikoiden glukoosiarvot.

Vapaus vie vakiouralle

Tasa-arvon maissa tytöt karttavat teknisiä ja tieteellisiä aloja.

Ihminen pihistelee unta

Muut kädelliset vetävät sikeitä jopa 15 tuntia vuorokaudessa.

 

ARTIKKELIT

Liiku viisaasti

Monen into lopahtaa vaativiin harjoitusohjelmiin.
Treeni maistuu, kun tuntee muutaman faktan.

Koira syntyi pohjoisessa

Ihminen ja susi tutustuivat jääkauden haaskalla.
Vanhin näyttö elämäntoveruudesta tulee Belgiasta.

Taivaallamme kulkevat sään jättiläiset

Keskileveyksien matalat ovat ilmojen titaaneja.
Ne selittävät, miksi Suomessa on niin epävakaista.

Aivot näkevät harhoja

Kalliotaiteen oudot kuvajaiset tuotti muuntunut
tietoisuus. Se syntyy meidänkin aivoissamme.

Metso kukkoilee koko kevään

Tiluksilla rehvastelu alkaa jo helmikuussa.
Sodaksi taistelu naaraista yltyy vapun tienoilla.

Rooma kaatui rahapulaan

Supervallan tuhoon on tarjottu satoja syitä.
Tapahtumat etenivät luultua raadollisemmin.

 

TIEDE VASTAA

Miksi ensimmäinen lettu epäonnistuu?

Miten gorilla saa lihakset kasvisruoalla?

Miksi pikaliima ei tartu tuubinsa sisäseiniin?

Kuinka kaukana on etäisin galaksi?

Onko hyönteisillä reviirejä?

Mistä juontuvat sanat minä ja itse?

 

KIRJAT

Rikos ei houkuta niin kuin ennen

Länsimaat löysivät uudelleen itsehillinnän.

 

KUVA-ARVOITUS

Siinähän on ihan selvästi...

Klassikkopalsta kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia
lehden Facebook-sivustolle.

 

OMAT SANAT

Tässä on itua

Kevään ihme pilkottaa pienissä sanoissa.

 

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.