Tutkimus

Joustavan lasin salaisuuksia lasketaan Mahti-supertietokoneella

Erkka J. Frankberg lasitutkimuksen laboratoriossa
Erkka J. Frankbergin työajasta suuri osa kuluu vielä laboratoriossa, mutta tavoitteena on päästä pian oikeasti valmistamaan muovautuvaa lasia.
Huoneenlämmössä muokkautuvaa lasia tutkiva usean yliopiston konsortio on valittu Tieteen tietotekniikan keskuksen (CSC) tieteellisesti merkittäväksi Grand Challenge -hankkeeksi. Valinnan ansiosta Erkka J. Frankbergin johtama ryhmä pääsee hyödyntämään tutkimuksessaan Kajaaniin rakennetun Mahti-supertietokoneen ylivertaista laskentatehoa.

CSC:n Grand Challenge -hankkeiksi valittiin kahdeksan hanketta, joilla on potentiaalia merkittävään tieteelliseen läpimurtoon. Projekteille myönnettiin tutkimuksen edistämiseen laskenta-aikaa Mahti-supertietokoneelle. CSC:n tieteellinen asiakaspaneeli valitsi hankkeet tammikuun alussa.  

Tutkimusryhmää vetävän Erkka J. Frankbergin mukaan ryhmän tavoitteena on muuttaa yleinen käsitys siitä, että lasi olisi aina hauras materiaali. Jo tutkimuksen aiemmissa vaiheissa huomattiin, että tietyllä tavalla valmistettu lasi voi myötää, venyä ja taipua murtumatta.

Lasin muokkautuvuus tai plastisuus tapahtuu atomitasolla, ja siksi mallinnus supertietokoneella sopii hyvin tutkimukseemme. Suurteholaskennan avulla voimme ymmärtää mekanismit, jotka mahdollistavat lasin muokkautuvuuden huoneenlämpötilassa, Frankberg sanoo.

Tavoitteena päästä valmistamaan tuotteita joustavasta lasista

Erkka Frankberg uskoo, että tutkimuksella on suuri potentiaali muuttaa maailmaa. Tulevaisuudessa huoneenlämmössä joustavaa ja rikkoontumatonta lasia voitaisiin valmistaa jopa teollisesti mitä erilaisempiin tarkoituksiin.  

– Tavoitteemme on tulla ulos labrasta ja valmistaa muovautuvaa lasia konkreettisesti. Tulevaisuuden visiona joustavan lasin avulla voi vaikka suojata aurinkopaneeleja meteoroidien törmäyksiltä avaruudessa. Jo nyt plastista lasia voitaisiin hyödyntää ja tehdä elektroniikkaa, jota on hankala rikkoa, Frankberg visioi.

Niinpä, kuluttajaa ainakin kiinnostaisi esimerkiksi älypuhelimen näyttö, jota ei saa rikki. Hankalasti hajoava plastinen lasi on kestävää myös ympäristön kannalta. Tällainen lasi on terästä lujempi ja kevyempi materiaali. Sillä on lisäksi merkittäviä sähköisiä, kemiallisia ja biologisia ominaisuuksia.

– Vaikka laskenta Mahdilla on kovin teoreettista, kokeellinen puoli on aina läsnä. Tulossa on aika hämmästyttäviä tuloksia, olemme mm. onnistuneet kehittämään koko ajan isompia, plastisia lasikappaleita. Materiaalinkehitys on pitkä ja hankala prosessi, Erkka Frankberg hymähtää.

Tutkimusaiheestaan innostunut Frankberg haluaa kannustaa nuoria tutkijoita tutustumaan suurteholaskennan maailmaan.

– Suomi on suureteholaskennan kärkimaita uusien infrojen ansiosta. Varsinkin materiaalitieteessä kyse on huippututkimuksesta. Tässä on mahdollisuus jättää oma jälki, hän painottaa.

Joustavan lasin ominaisuuksia voidaan mallintaa myös tavallisilla tietokoneilla kuten kuvassa. Vasta supertietokoneilla päästään muita isompiin ajoihin aina 700 laskentasolmuun asti.

Vuosi aikaa hyödyntää supertietokoneen tehoja

Mahdin kapasiteetista noin viidennes on varattu valituille huippuhankkeille. Tampereen yliopiston, Helsingin yliopiston ja Norjan teknisen yliopiston hankkeella on vuosi aikaa hyödyntää Mahtia. Rahaksi muutettuna se vastaa noin 700 000 euron rahoitusta.

Tutkimustiimi osallistui jo viime vuonna 21 muun projektin kanssa Mahti-supertietokoneen pilottikäyttöön. Koekäytöstä saadut merkittävät tulokset rohkaisivat tutkijoita hakemaan jatkoa.

CSC – Tieteen tietotekniikan keskus on suomalainen, valtion ja korkeakoulujen omistama tietotekniikan osaamiskeskus Kajaanissa. Kaupunkiin on lyhyen ajan sisällä rakennettu useita supertietokoneita: viime vuonna valmistuneen Mahti-supertietokoneen lisäksi tieteentekijöiden käytössä on vuonna 2019 käyttöön otettu Puhti sekä tänä keväänä valmistuva, kansainvälisesti noteerattu Lumi.

Tutkimustiimissä ovat mukana Frankbergin lisäksi akatemiatutkija Janne Kalikka ja professori Erkki Levänen Tampereen yliopistosta, yliopistonlehtori Antti Kuronen ja väitöskirjatutkija Jiahui Zhang Helsingin yliopistosta sekä professori Jaakko Akola Norjan teknis-tieteellisestä yliopistosta (NTNU, Norwegian university of science and technology).

Tutkimusryhmän aikaisempia tuloksia on julkaistu arvostetussa Science-tiedelehdessä.

Teksti: Anna Aatinen
Kuvat: K
uvakaappaus videolta, Kaski Agency

Ota yhteyttä

Aiheeseen liittyviä uutisia

Uusimmat uutiset kategoriassa Tutkimus

Uusimmat uutiset