Voisipa liikkua veden alla yhtä vaivattomasti kuin kala, on ihminen haaveillut aikojen alusta. Viime vuosisadalla päästiin irti letkuista, nyt halutaan eroon happipulloista. Tutkijat kehittävät tosissaan tekokiduksia, jotka erottavat tarvitsemamme ilman vedestä.


Viime vuosisadalla päästiin irti letkuista, nyt halutaan eroon happipulloista.
Tutkijat kehittävät tosissaan tekokiduksia, jotka erottavat tarvitsemamme ilman vedestä.




Sukellustekniikassa mallina on kala. Viime vuosisadan kuuluisin sukeltaja, laivastoupseeri Jacques Cousteau ja hänen työtoverinsa, insinööri Émile Cagnan vapauttivat 1940-luvulla  ihmisen uimaan jo hieman kalan tavoin, ilman letkuja ja rannalla säkättävää kompressoria.

Cousteaun ja Cagnanin laite, jollaista nykyäänkin käytetään, annosteli paineilmapullosta ilmaa hengityksen tahdissa ja alensi samalla paineen juuri oikeaksi. 

Sukeltajat olivat innoissaan kuin vedessä läträävät pikkupojat. "Uudenaikainen vesikeuhko salli vihdoinkin sukeltajan liikkua vapaasti veden alla", Cousteau kirjoitti Hiljainen maailma -kirjassaan 1953.

Mutta kaikkiin saavutuksiin totutaan. Uudesta tekniikasta löytyi nopeasti rajoituksia.

Kala ui ilman paineilmapulloja - miksei ihminenkin voisi ottaa happea suoraan vedestä?

Vielä 200 metrin syvyydessä vedessä on liuennutta ilmaa noin puolitoista prosenttia. Ihminen tarvitsee painoonsa nähden kaksi kertaa enemmän happea kuin kala, mutta valtameren vesimassoissa piisaa ilmaa.


Matkitaan sukeltajakuoriaista

Cousteau ehdotti 1962 - ilmeisesti aivan vakavissaan - että ihmiselle kehitettäisiin kidukset. Idealla olivat aikaisemmin leikkineet vain tieteiskirjailijat. Aleksander Beljajevin tieteisromaanissa Amfibi vuodelta 1928 kirurgi siirtää hain kidukset ihmiselle.

Amfibioihminen on pysynyt scifinä. Tutkijat keskittyvät edelleenkin kehittämään "ulkoisia kiduksia" eli laitteita, jotka erottavat vedestä ilmaa. Fyysikko Glen McHalen tiimi Nottinghamin Trent-yliopistosta Englannista kehittää tekokiduksia matkimalla sukeltavia hyönteisiä.

Keltalaitasukeltaja, Dytiscus marginalis, joka elelee Suomenkin vesissä, on yli kahden sentin mittainen kovakuoriainen. Sillä on takaruumiissaan peitinsiipien alla jäykkiä karvoja, jotka hylkivät vettä niin tehokkaasti, että vartalon ympärille muodostuu ilmakerros. Karvoillaan se kuljettaa ilmaa pinnalta, mutta pystyy erottamaan hieman lisähappea vedestäkin.

Tutkijat jäljittelivät keltalaitasukeltajan karvoja mikroskoppisen ohuilla, voimakkaasti vettä hylkivillä muovisilla harjaksilla. He rakensivat keinokarvoista onton lieriön ja havaitsivat, että happea virtasi vedestä sen sisään.

Työryhmä laski, että muoviseinämää tarvitaan 90 neliömetrin verran, jotta suodattuva happi riittäisi ihmiselle. Kun seinä laskostetaan mittojen pienentämiseksi, saadaan eräänlaiset kidukset. 


Napataan ilmaa vesipyörteestä

Tekokidusten ei tarvitse muodoltaan muistuttaa kalan tai hyönteistenkään hengityselimiä. Israelilainen keksijä Alan Bodner ehdottaa, että erotetaan ilma vedestä pyörteen avulla.

Nesteen ja kaasun suhteita säätelee niin sanottu Henryn laki, jonka mukaan nesteeseen liukenevan kaasun määrä on suoraan verrannollinen paineeseen. Kovassa paineessa kaasua voi olla nesteessä runsaasti, ja paineen laskiessa kaasua vapautuu.



Laitesukelluksessa:
- syvyys paineilmalaitteilla noin 40 metriä
- syvyys erityisillä kaasuseoksilla 50-60 metriä
- sukellusaika Suomessa noin puoli tuntia, etelässä tunnin


Panssaripuvuilla, joissa sama ilmanpaine kuin pinnalla:
- syvyys noin 700 m
- sukellusaika useita tunteja






Otetaan energia merivedestä

Tällä haavaa ollaan siis tilanteessa, jossa ongelma on siirretty toiseen paikkaan: ilmapullojen sijasta jouduttaisiin laahaamaan paristoja. Siksi tutkijat etsivät keinoja hankkia energiaa meren biomassasta ja hapesta, merieläinten tavoin.

Esimerkiksi West of Englandin yliopistossa Bristolissa mikrobiologian professori John Greenman ja hänen työtoverinsa ovat rakennelleet mikrobipolttokennoja (microbial fuel cells, MFC), jotka tuottavat sähköä meren mikrobeista ja meriveden hapesta.  Kennon anodipuolella on pieneliöitä ja katodipuolella happipitoista vettä. Toistaiseksi kennojen energia riittää pienille roboteille ja mittauslaitteille. 

Tekokiduksia, jotka tuottavat happea merivedestä veden omalla energialla, pitää vielä odottaa; ehkä ne ovat kaupoissa vasta vuosikymmenten päästä. Paradoksaalista kyllä, vedenalaisessa liikkumisessa ihmiskunta on melkein yhtä alussa kuin avaruuden valloituksessa. 

Kun vedenalaiset polttokennot joskus toimivat, sukellamme vapaasti ja sujuvasti. Jos hyvin käy, samanlaiset kennot tuottavat energiaa myös pinnalla. Ehkä ratkaisut ihmiskunnan energiapulaan löytyvät meren syvyyksistä.


Lisätietoja: www.likeafish.biz


Kalevi Rantanen on tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.



Sukellustietokone suomalaisten panos


Sukeltajan täytyy pitää kirjaa lukuisista seikoista. Hän seuraa jäljellä olevan ilman määrää, syvyyttä, sukellusaikaa ja monia muita asioita, kuten kudoksiin liuenneen typen määrää. 

Henryn laki on ankara. Suuressa paineessa typpi liukenee ja paineen laskiessa taas vapautuu. Jos nousee syvältä äkkiä, paine voi alentua liian nopeasti, jolloin syntyy suuria kaasukuplia. "Typpi pääsee puristuksesta ja kuohuu aivan kuin samppanja pullon avautuessa", Jacques Cousteau kuvaili ilmiötä.  Kuplat voivat tukkia verisuonia ja aiheuttaa pahimmassa tapauksessa sydänveritulpan.

Jotta typpi poistuisi kuplimatta, syvältä on noustava vaiheittain. Pysähdysten laskemiseksi kehitettiin aluksi erityisiä taulukoita. Nyt suomalaisten kehittämä tietokone laskee kaiken tarvittavan tarkemmin ja näppärämmin.

Suunnon sukellustietokone oli jatkoa yhtiön ensimmäiselle tuotteelle, kompassille. Eräs englantilainen ammattisukeltaja käytti yhtiön marssikompassia sukeltaessaan. Hän ehdotti, että tehtäisiin sukeltajille aivan oma kompassi.

Sukelluskompassi tuli markkinoille 1960 ja sukellustietokone 1987. Kymmenen vuotta myöhemmin yhtiö lanseerasi ensimmäisen ranteessa pidettävän sukellustietokoneen.

Nykyään sukellustietokone näyttää syvyyden ja maksimisyvyyden, sukellusajan, tarvittavat pysähdykset ja paljon muuta.

Puuttuvat vain vesimaailman tietoverkot. Radioaallot eivät kulje veden läpi, mutta löytyy muita tekniikoita, kuten ultraääni ja sähkökentät. Vedenalaista viestintää tutkitaan innolla eri puolilla maailmaa. Ultraäänipuhelimia on käytössä, mutta esimerkiksi kalliot, vesikasvit ja veden roskat aiheuttavat helposti häiriöitä puheluihin.