Tutkimus

Tutkija kehittää yhdessä teollisuuden kanssa ilmansaasteita mittaavaa optista anturia

Tutkija Samu-Pekka Ojanen Tampereen yliopistosta
Samu-Pekka Ojanen tekee väitöskirjaa aiheesta ”Silicon Photonics-Enabled Multi-Wavelength Gas Sensors”. Hän esitteli tutkimustaan toukokuussa Millennium Pitching -kilpailussa, jossa sijoittui kolmanneksi. Pitchauskilpailussa viisi finalistia esitteli tutkimuksensa yleisölle kolmessa minuutissa. Kuva: Nea Alanen.
Ilmansaasteet uhkaavat ihmisten terveyttä kaikkialla maapallolla. Jotta päästöjä voitaisiin vähentää, tarvitaan tehokkaita keinoja niiden mittaamiseen ja seurantaan. Fotoniikan tutkija ja tohtorikoulutettava Samu-Pekka Ojanen kumppaneineen tarjoaa ratkaisuksi optista mikrosensoria, joka tuottaa reaaliaikaista tietoa ilmanlaadusta.

Väitöskirjatutkija ja Tampereen yliopiston optoelektroniikan tutkimuskeskuksen  Samu-Pekka Ojanen on innoissaan: hän on juuri esitellyt menestyksekkäästi fotoniikan eli valotieteen alan tutkimuksensa kansainvälisesti tunnetun Millennium-teknologiapalkinnon kylkeen organisoidussa nuorten tutkijoiden pitchauskilpailussa. Tutkimuksessa Tampereen yliopisto, VTT ja Vaisala kehittävät yhdessä piipohjaista, valoa manipuloivaa mikrokokoista kaasuanturia ilmansaasteiden reaaliaikaiseen mittaamiseen.

Samu-Pekka Ojanen tutkii mikrosensoria Tampereen yliopiston Teollisuuden tutkijakoulu DSII (Doctoral School of Industry Innovations) -ohjelmassa. Puolet Ojasen väitöstutkimuksen rahoituksesta tulee Vaisalalta, joka on maailman johtava sään, ympäristön ja teollisuuden mittausratkaisuihin erikoistunut yritys.  Ojanen aloitti tutkijana DSII-ohjelmassa tammikuussa 2019.

– Visiomme on kehittää kaupunkioloihin sopiva kaasuanturien verkosto, joka tuottaa reaaliaikaista dataa esimerkiksi hiilidioksidin määrästä ilmassa, Ojanen kertoo.

Havainnekuva optisten kaasuanturien verkostosta kaupunkiliikenteessä.
Kaasun pitoisuuksia mittaavia mikrosensoreita voitaisiin integroida muun muassa autoihin. Kuva: Shutterstock.

Sovellusmahdollisuuksia on lukuisia, mutta kuluttajan ostoskoriin niillä on vielä matkaa. Esimerkiksi autoihin asennettavista kaasusensoreista saatava reaaliaikainen data voisi tulevaisuudessa olla IoT:n kautta saatavilla kännykkäsovellukseen, joka voisi varoittaa ilmansaasteista alueella.  

Toimivassa yhteistyössä kumppanit täydentävät toisiaan

Tutkimuksen pontimena toimi vaihtoehdon löytäminen tavanomaisille optisille sensoreille, jotka olivat kalliita, suurikokoisia ja vaativat paljon tehoja. Nyt tutkittava valopohjainen anturi on valmistettu yhdistämällä puolijohdevalonlähde piipohjaisen integroidun fotoniikkapiirin kanssa.

– ORC:llä oli tietotaitoa puolijohdevalonlähteistä Vaisalaa kiinnostavalla aallonpituusalueella. VTT:ltä löytyi piipohjainen fotoniikkapiirialusta, joka oli yhteensopiva ORC:n valonlähteiden kanssa. Vaisala taas toi mukaan teknisen osaamisensa ilmanlaatua mittaavien sensoreiden valmistamiseen, Samu-Pekka Ojanen taustoittaa yhteistyön syntyä.

Pohjana toimiva valonlähde syntyi kolmikon edellisen yhteisen ponnistuksen tuloksena jo päättyneessä MIREGAS-hankkeessa.

– Meidän nyt kehittämämme ratkaisu on siinä mielessä kansainvälisesti uniikki, että siinä on tavallista paksumpi kerros piitä, mikä mahdollistaa sovelluksen hyödyntämisen pidemmilläkin aallonpituuksilla sekä helpottaa puolijohdevalonlähteiden integroimista. Myös valon häviöt pienemmät ja siten saavutettava mittaustarkkuus on parempi.

Tähän mennessä yliopiston laboratoriossa on kehitetty lupaavasti toimiva valonlähde. Seuraavaksi siitä valmistetaan integroitava prototyyppi, jota testataan todellisessa kaasuntunnistussovelluksessa.

– Lopputuloksena on tuskin sormenpään kokoinen siru, joka on kestävä, luotettava ja kuluttaa vain vähän energiaa. Se myös soveltuu massatuotantoon, mikä tekee ratkaisusta erittäin kustannustehokkaan, Ojanen kertoo.

Pienikokoinen mikrosiru sormenpäässä.
Kaasuanturi on pienikokoinen mutta tehokas. Kuva:Jori Hasselman / One Man Show.

DSII-ohjelma tuo tutkijat ja teollisuuden yhteisten etujen äärelle

Nelivuotisessa DSII-ohjelmassa väitöskirjatutkija tekee tutkimustyötä yliopistolla, mutta saa yritykseltä rahoitusta tutkimukselleen. Yhteistyöstä hyötyvät sekä yritys että yliopisto. Yritys saa käyttöönsä uusimman tutkimustiedon, jonka avulla se voi kehittää omaa teknologiaansa ja tuotteitaan, tutkija puolestaan saa mahdollisuuden viedä tieteellisen tiedon käytännön sovellukseen asti. Järjestely palkitsee molempia osapuolia myös taloudellisesti.

Teollisuuden johto- ja asiantuntijatehtäviin tähtäävät jatko-opiskelijat voivat DSII:ssä tehdä samalla väitöskirjatyötä, perehtyä innovaatiomenetelmiin, ratkaista liiketoimintahaasteita ja luoda ammatillisia verkostoja. 

– DSII-ohjelmassa voi nähdä tutkimuksen vaikutuksen tulevaisuuteen konkreettisesti. Tutkimus tuntuu hyödyllisemmältä, kun näkee miten sitä voi oikeasta hyödyntää käytännössä, Ojanen pohtii.

Samu-Pekka Ojasen ura DSII-ohjelmassa päättyy joulukuussa 2022, jolloin hän valmistuu tekniikan tohtoriksi fotoniikan alalta.

Elämä valmistumisen jälkeen on vielä mietinnässä. Vaihtoehtoja on ainakin kaksi: joko mennä töihin teollisuuteen tai jatkaa tutkimusta yliopistolla.

– Minua kiinnostaa tutkia käytännön sovellutuksia, koska ne ovat konkreettisia ja tuntuvat merkityksellisiltä. Tulevaisuudessa haluaisin olla mukana kehittämässä uusia fotoniikkaan liittyviä teknologioita. Piifotoniikkapiireillä on lukuisia muitakin sovellusmahdollisuuksia muun muassa lääketieteessä ja kvanttilaskennassa, Ojanen valottaa tulevaisuudensuunnitelmiaan.

Lue lisää ORCista, DSII-ohjelmasta ja kurkkaa kaikki Millennium Pitching -kilpailun esitykset.

Ota yhteyttä

Samu-Pekka Ojanen
samu-pekka.ojanen [at] tuni.fi

Teksti: Anna Aatinen
 

Uusimmat uutiset kategoriassa Tutkimus

Uusimmat uutiset