Ennen lenkille mentiin kuluttamaan energiaa – nyt sitä voidaan liikunnalla tuottaa. Pieniä energioita haetaan kävelystä ja marssista, tanssilattiasta, jopa sateen ropinasta.

Teksti: Kalevi Rantanen

Julkaistu Tiede -lehdessä 7/2010.

Ennen lenkille mentiin kuluttamaan energiaa – nyt sitä voidaan liikunnalla tuottaa. Pieniä energioita haetaan kävelystä ja marssista, tanssilattiasta, jopa sateen ropinasta.

Jostakin on saatava sähköä kännyköihin, musiikkisoittimiin, sykemittareihin ja muihin vekottimiin, joita ehdottomasti pitää kantaa mukana ja joita kertyy yhä lisää. Teollisuus taas tarvitsee energiaa sensoreihin, jotka tarkkailevat koneiden ja ympäristön tilaa. Energian keruusta tai ”louhinnasta” on tullut kuuma aihe. Hypeä on paljon, mutta myös vakavaa tutkimusta tehdään. Ainakin armeijoilla on jalat maassa, kirjaimellisesti. Ihmisen kävelyliikkeestä on mahdollista saada tehoa noin 11 wattia, kertoo Puolustusvoimien Teknillisen tutkimuslaitoksen laatima sotatekninen ennuste vuodelle 2025. Näyttää hyvältä, sillä esimerkiksi kännykän teho vaihtelee vajaasta watista pariin kolmeen wattiin.

Pietsot jalkaan ja mars– Yhdysvalloissa on saatu kävelystä ulos 0,8 wattia, kuvaa tekniikan nykyistä tasoa tekniikan tohtori Jari Juuti Oulun yliopiston mikroelektroniikan ja materiaalifysiikan laboratoriosta. Hyvä teho jo sekin, riittää lataamaan energiapihin kännykän. Juuti on syventynyt pietsosähköisiin materiaaleihin, joita kenkävoimaloiden ja monien muidenkin energiankeruulaitteiden rakentajat suosivat. Jo 1800-luvulla havaitussa pietsosähköisessä ilmiössä mekaaninen kuormitus varaa tiettyjä kiteitä sähköisesti. Varauserosta saadaan virtaa. Nyt materiaalien ja elektroniikan kehitys on mahdollistanut käyttökelpoisten laitteiden valmistuksen.Oulu on yksi alan tutkimuksen keskuksista. – Suomi on vahva pietsosähköisissä materiaaleissa, Juuti kertoo. – Pystymme tekemään materiaaleja ja kehittämään sovelluksia laajalla alueella.Tärkeä soveltaja on armeija. Suomessa on äskettäin päättynyt Maanpuolustuksen tieteellisen neuvottelukunnan Matinen rahoittama energiankorjuun tutkimushanke, jossa testattiin pietsoelementtejä kengissä.

Akku painaa paljonArmeijat ovat erityisen kiinnostuneita energian keruusta. Pentagonin tutkimus- ja kehitysyksikkö Darpa, joka on keskittynyt tukemaan villejä ideoita, on rahoittanut energiankeruututkimusta pitkään. Britanniassa muun muassa Leedsin yliopisto tekee tutkimusta, jonka tavoitteena on ”akuton sotilas”. Tarvetta on. Nykyajan jalkaväkisotilas voi joutua kantamaan kymmenen kiloa akkuja aseen, ammusten, veden ja muun varustuksen lisäksi. Retkeilijät voivat suoraan hyödyntää sotilaallisen tutkimuksen tuloksia, mutta siviilipuolella omia tarpeita on vähintään yhtä paljon – kuka nyt erilaisia latureita rakastaisi. Kävelyn lisäksi energian lähteeksi kelpaavat lukemattomat muut liikkeet ja värähtelyt. Parhaillaan on esimerkiksi käynnissä Tekesin hanke, jossa kehitetään energiankeruuta teollisuudessa. Työkoneiden, laitteiden ja ajoneuvojen värinästä saadaan energiaa, jota tarvitaan esimerkiksi koko ajan lisääntyvissä mittauslaitteissa. 

Sadepisaroistakin voimaaEnergian keruussa kohtaa kaksi kehityssuuntaa. Ensimmäinen on elektroniikkalaitteiden sähkönkulutuksen pieneneminen. Toinen on tekniikat, joilla pieniä energiavirtoja pystytään muuntamaan sähköksi. Hyötykäyttöön tulee yhä enemmän energialähteitä, joita on aikaisemmin pidetty enintään eksoottisina mutta epäkäytännöllisinä fysikaalisina ilmiöinä. Mikroenergiaa on saatavana kaikkialta, vaikka sadepisaroista. Ranskalainen mikroelektroniikan tutkimuslaitos Cea/Leti-Minatec Grenoblessa ehdottaa sadepisaroiden voiman hyödyntämistä. Tutkijat tekivät pietsosähköisestä pvdf-muovista eli polyvinyylideenifluoridista 25 mikrometrin paksuisen kalvon, joka tuotti sähköä pisaroiden läiskähdyksistä.Yksi suuri sadepisara voi tuottaa 12 milliwatin tehon. Kokeiden perusteella tutkijat laskivat, että sade-energiaa tulee Ranskassa maahan yhden wattitunnin verran neliömetrille vuodessa. Suomen lukua ei luultavasti ole kukaan laskenut, mutta todennäköisesti se on suunnilleen sama, koska sademääräkin on sama eli noin 600 millimetriä vuodessa.Pisaroiden energiavirta on vaatimaton verrattuna esimerkiksi aurinkoenergiaan, jota tulee taivaalta noin miljoona kertaa enemmän. Pisarasähkön käyttäjiksi tutkijat ovatkin ajatelleet erilaisia sensoreita. Esimerkiksi langaton älysensori voisi ottaa energiansa poudalla auringosta ja sateella pisaroista.

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

Näin paljon tuotat energiaa

Uloshengitys  0,40 WHengitysliike 0,42 WKäsien liike 0,33 WSormien liike 0,00076–0,0021 WVerenpaine 0,37 WLämpö 2,4–4,8 WKävely 5,0–8,3 W

Kaikki peliin

AurinkoItalialaisen Tonino Lamborghinin laukku, jossa on väriherkistetty aurinkokenno, lataa kännykän. Brittiläinen G24 Innovations on tuonut markkinoille samalla tekniikalla toimivan repun.

Ilman värinäHavaijissa ja Hongkongissa toimiva Humdinger Wind Energy on kehittänyt ”tuulivyön”, microBeltin, joka taipuilee vähäisessä tuulessa ja tuottaa sähköä esimerkiksi rakennusten ilmastointilaitteiden sensoreihin.

LämpöEsimerkiksi BMW:n konseptiautossa Vision Efficient Dynamicsissa on lämpösähköinen kenno, joka tuottaa sähköä pakokaasuista.

LiikePrincetonin yliopiston professori Michael McAlpine työtovereineen ehdottaa kehon sisään implantoituja ”pietsokumisiruja” tuottamaan energiaa keuhkojen liikkeestä esimerkiksi sydämentahdistimelle. Georgian teknisen yliopiston tutkijaryhmä on professori Zhong Ling Wangin johdolla kehittänyt joustavia sinkkioksidinanolankoja, jotka voidaan ommella vaatteisiin tuottamaan sähköä musiikkisoittimia ja muita kannettavia laitteita varten. Saksalainen suunnittelija Rochus Jacob on kehittänyt Murakami-keinutuolin, joka keinuessaan tuottaa riittävästi sähköä ledivalaisinta varten.

MikrobitYhdysvaltalainen Trophos Energy on kehittänyt biosähkökemiallisia generaattoreita, jotka tuottavat maaperästä tai jätevedestä virtaa erilaisia langattomia ympäristösensoreita varten. Sensorit voivat valvoa esimerkiksi putkistoja.

KierrätysMichiganin yliopiston professorin Art Kuon vetämä tutkijaryhmä on kehittänyt jalkaproteesin, joka kierrättää takaisin osan kävelijän kuluttamasta energiasta, periaatteessa samaan tapaan kuin sähköauto tai hybridi ottaa talteen jarrutusenergiaa. Toistaiseksi kävelijältä menee enemmän energiaa proteesin kuin luonnollisen jalan liikuttamiseen.

Bilehileet sähköä tuottamaan Lontoolainen Club Surya kehuu olevansa maailman ensimmäinen ekoklubi. Pietsosähköinen tanssilattia tuottaa omistajan mukaan yli puolet paikan tarvitsemasta sähköstä. Tanssivoimala toimii myös rotterdamilaisessa Watt Clubissa, joka on laskenut, että yksi bailaaja tuottaa sähköä keskimäärin 20 watin teholla. PaveGen Britanniassa on testannut jalkakäytävävoimaloita, jotka tuottavat sähköä jalankulkijoiden liikkeistä.

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25798
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1189
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.