Apua, minä palan, huutaa puu. Puun viesti kiirii palokuntaan, ja uhkaava tilanne päättyy onnellisesti.
Tämä voi ensi vuosikymmenellä olla totta.



Tämä voi ensi vuosikymmenellä olla totta.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2009

Aurinko porottaa kuivassa metsässä. Ainoatakaan ihmistä ei näy, mutta silti karikkeesta alkaa nousta savua. Joku on sammuttanut nuotion huolimattomasti ja lähtenyt tiehensä.

Pieni sensori puun kyljessä havaitsee, että nyt kuumenee liikaa. Viesti lähtee liikkeelle ja saavuttaa toisen sensorin. Hälytys hyppii puusta puuhun, menee sitten yleiseen tietoverkkoon ja saapuu lopulta hätäkeskukseen. Paloauto kiitää paikalle ja tukahduttaa tulen alkuunsa.

Ihmiset saisivat kyllä olla vähän huolellisempia, manailee palomies ja lähtee sammuttamaan seuraavaa pesäkettä.
Tällaiselta saattaa näyttää metsäpalojen sammutus 2010-luvulla, jos biokemisti Shuguang Zhangin ajatukset toteutuvat.


Sähköä maasta ja puusta

Palohälyttimien sijoittaminen maastoon on vanha idea, mutta tiheiden hälytysverkkojen rakentamista on rajoittanut tekniikan kalleus ja kömpelyys. Kun hälyttimien määrä kasvaa miljooniin, tarvitaan jotain hyvin halpaa ja helposti huollettavaa.

Tohtori Zhang ja hänen työtoverinsa Massachusettsin teknisen yliopiston MIT:n biolääketiteteellisen tekniikan keskuksesta ovat kehittäneet sensoria, joka kiinnitetään puuhun. Laite saa energiansa pienestä sähkövirrasta puun ja maan välillä. Sensori seuraa lämpötilaa ja kosteutta ja tekee tarvittaessa palohälytyksen.

Kauan on tiedetty, että kasveissa kulkee pieniä sähkövirtoja. MIT:n tutkijat halusivat selvittää, mikä virran aiheuttaa. Tutkijat kasvattivat limoviikunaa (Ficus benjamina) ruukussa, ja ruukun he sijoittivat Faradayn häkkiin, joka eliminoi ulkopuoliset häiriöt.


Virta riittää sensorille

Tarkoissa kokeissa sähkövirran syyksi paljastuivat puun ja maan happamuuserot. Kasvien aineenvaihdunta edellyttää, että solukon pH-arvo pysyy tietyllä tasolla. Limoviikunan puuaineksen eli ksyleemin pH-arvo on noin kuusi, eli puu on hieman hapanta. Mullan pH-arvoa tutkijat vaihtelivat kahden ja kahdentoista välillä. He havaitsivat, että puun ja maan välille syntyi jännite, joka oli 50-200 millivolttia riippuen pH-arvojen erosta.

Pohtiessaan ilmiön hyödyntämistä tutkijat totesivat, että näinkin pienestä jännite-erosta syntyvä virta riittää sensorille, joka tarkkailee kosteutta ja lämpötilaa.

Sähkövirta lataa hitaasti sensorin akkua. Kun puun ja maan pH-arvoissa vain on eroa, niin energiaa kertyy niin paljon, että sensori pystyy lähettämään viestin neljä kertaa päivässä sekä tietysti hälytystilanteessa. Paristoja ei tarvita.


Tagista voi syntyä hälytin

Puihin kiinnitettävää elektroniikkaa kehitetään Suomessakin, mutta tähtäimessä ei ole hälytin vaan teollisuuden raaka-ainevirran ohjaaminen.

Eurooppalaisessa Indisputable Key -hankkeessa Tampereen teknillisen yliopiston muovi- ja elastomeeritekniikan laboratorio on mukana kehittämässä puuhun kiinnitettävää radiotaajuustunnistetta, Woody Tagia. Tunnisteeseen talletetaan erilaisia tietoja, joita teollisuus tarvitsee valitakseen oikean puun oikeaan käyttökohteeseen.

Eikö tunnistin voi tarvittaessa toimia myös palohälyttimenä? Tutkijoiden mukaan voi, mutta tarvitaan paljon lisäkehitystä.


Elektrodit suoraan puuhun

Ensiksi tunnisteelle on saatava oma energialähde, sillä nyt tagi on passiivinen eli saa energiansa lukulaitteesta. Energialähteitä onkin ideoitu. Ruotsalaiset tutkijat ovat samassa eurooppalaishankkeessa keksineet pariston, joka hankkii sähköä puusta. Kosteaan puuhun kiinnitetään kupari- ja sinkkielektrodit. Puu toimii elektrolyyttinä, jolloin syntyy paristo.

Lisäksi tagit on vielä linkitettävä toisiinsa ja edelleen internetiin.

Suuri yllätys tällainen kehitys ei olisi. Tagien yleistyessä syntyy alusta, jolle voi rakentaa uusia sovelluksia, kuten hälytystoimintoja.

Mutta energiaa on ehkä mahdollista saada muualtakin kuin puusta.

- Kuka ties tageihin voidaan jatkossa liittää hälytyssysteemi, joka hyödyntää palon tuottamaa energiaa, heittää vanhempi tutkija Kari Kolppo Tampereen teknillisestä yliopistosta.

Silloinhan oikeastaan tulipalo kutsuisi itse palokunnan paikalle.


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


Lentäjän silmä näkee


Suomessa tehokkain metsäpalon havaintoväline on lentokone.

Metsäpalovalvonnan veteraani Timo Heikkilä käynnisti 1960-luvulla Pohjois-Suomessa palovalvontalennot. Sen jälkeen hän Metsähallituksen palotarkastajana tutki ja kehitti metsäpalojen torjuntaa monen vuosikymmenen ajan. Nykyään hän seuraa metsäpaloasioita eläkeläisenä.

Heikkilä kertoo, että lentotoiminta paransi tilannetta kahdella tavalla. Ensinnäkin palo pystyttiin koneesta

paikantamaan hyvin. Aikaisemmin metsää oli tarkkailtu tähystystorneista, mutta tähystäjän oli mahdoton määritellä tarkkaa palopaikkaa.

Toiseksi laittomat kulotukset ja holtittomuus tulen käsittelyssä vähenivät, kun ihmisille selkisi, että lentokone voi ilmestyä pään päälle milloin tahansa.

Jo yli kolme vuosikymmentä Suomen metsät ovat kasvaneet palovalvontalentäjien tarkan silmän alla. Suomen Ilmailuliitto ja myöhemmin Suomen Lentopelastusseura ovat tehneet paljon työtä valvonnan kehittämisessä ja lentäjien kouluttamisessa.

Lentovalvontaa täydentää satelliittikuvaus. Satelliitit havaitsevat laajat palot mutta ovat ainakin toistaiseksi liian suurpiirteisiä noteeratakseen pienet palonalut.

Parasta on ehkäistä ennalta. Ainakin Suomessa valtaosa metsäpaloista johtuu huolimattomuudesta. Tulenkäsittelytavat eivät valitettavasti ole parantuneet samalla tavalla kuin tekniikka.

- Tulen käsittelyssä tilanne parani 1970-luvulla ja oli hyvä 1980-luvullakin, mutta sitten Suomessa on menty huonompaan suuntaan, Timo Heikkilä toteaa.


Iso-Arskalla käytössä robotti


Automaattilennokeista eli lentävistä roboteistakin on kokemusta palontorjunnassa. Viime kesänä Nasan kehittämä lentorobotti Ikhana kierteli Kalifornian yllä. Robotissa on automaattinen skanneri, joka muistuttaa digikameraa. Sen suodattimet erottavat spektristä näkyvän valon, infrapunan ja lämpösäteilyn aallonpituudet.

- Kiitän Nasaa tärkeästä palontorjuntatyövälineestä, joka auttaa maksimoimaan ponnistukset parhaillaan riehuvien yli 300 palon sammuttamiseksi, kehui osavaltion kuvernööri Arnold Schwarzenegger laitetta verkkolehti ScienceDailyssä.

Suomessa lentorobotin käyttöä palovalvonnassa ei ole vielä suunniteltu, vaikka lentorobottitietämystä meillä kyllä olisi omasta takaa (ks. Robotti lensi siviilitöihin, Tiede 2/2008, s. 14-15). Viranomaisten mielestä inhimillinen, lentäjien tekemä tähystys ja satelliittivalvonta riittävät toistaiseksi.

Jos rehkiminen ei huvita, syy voi olla geeneissä.

Monia liikunta palkitsee hyvän olon tunteella, mutta kaikille palkintoa ei tule, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan. Olo saattaa olla hikilenkin jälkeen enemmän runneltu kuin rento.

”Osa suomalaisten liikkumattomuudesta saattaa selittyä negatiivisilla tuntemuksilla”, sanoo jutussa liikuntapsykologian professori Taru Lintunen Jyväskylän yliopistosta.

Ihmiseltä saattavat puuttua hyvät kokemukset ja liikunnallisen elämäntavan mallit.

Perimälläkin on sormensa pelissä. Naisilla jopa puolet liikuntanautinnon vaihtelusta selittyy geeneillä, miehillä kolmannes.

Näin osoittaa vuonna 2014 julkaistu suomalainen tutkimus, joka perkasi perintötekijöiden osuutta liikuntamotivaatioon.

Tarkkaa syytä eroihin ei tiedetä. Yksi ehdokkaista on aivojen dopamiinirata. Se palkitsee niin syömisestä, seksistä kuin liikunnasta.

Dopamiinikylpy tuottaa aivoissa huumaavan euforian. Tutkimusten mukaan järjestelmän häiriöt vähentävät koe-eläinten liikkumishaluja.

Viime kädessä geenit ohjaavat mielihyväkoneiston toimintaa. Dopamiinin valmistukseen tarvittavat geenit toimivat toisilla kenties vilkkaammin. Erityisesti naisilla on liikuntamielihyvän kokemisessa geneettistä vaihtelua.

Yksilöiden erot ulottuvat laajemmallekin. Kaikki eivät saa liikunnasta yhtä paljon hyötyä – ainakaan heti.

Sama harjoittelu saattaa vaikuttaa ihmisiin eri tavoin. Yhden kunto kasvaa kohisten, mutta toinen ei saa tuloksia, vaikka kuinka rehkisi. Tutkijat puhuvat yksilöllisestä vasteesta.

Kuitenkin vaikka oma elimistö tuntuisi olevan immuuni liikunnalle, se voi olla vain harhaa. Tutkimuksissa tuijotetaan usein suorituskykyyn ja lihasvoimaan. Ne eivät ehkä hetkahda pienestä rasituksesta, mutta veren rasva- ja sokeriarvot saattavat parantua merkittävästi. Siksi liikuntaa voi suositella kaikille.

Kysely

Onko liikunta tuskien tie?

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.