Uusi fotoniikkahanke kehittää älykkäämpiä ja ympäristöystävällisempiä mittausteknologioita
Kolmivuotinen EPheS (Efficient Photonics for Sustainable Imaging and Sensing) -projekti käynnistyi alkuvuodesta 2025, ja sen kokonaisbudjetti on 4,2 miljoonaa euroa. Hankkeen tavoitteena on yhdistää metalinssit ja MEMS-pohjaiset (micro-electromechanical system) infrapunasuodattimet pieniin laitteisiin, jotka pystyvät havaitsemaan kaasuja ja analysoimaan materiaaleja erittäin tarkasti.
Tampereen yliopiston fotoniikan tutkijat ovat saaneet valmiiksi ensimmäisen suunnitteluvaiheen metaoptisista komponenteista, jotka on optimoitu infrapunakuvaukseen ja kaasujen tunnistamiseen. Nyt tiimi siirtyy näiden komponenttien valmistukseen – ne muodostavat EPheS-järjestelmien ytimen.
– Tiimimme Tampereen yliopistossa kehittää metaoptisia komponentteja, jotka käsittelevät valoa nanomittakaavan tarkkuudella. EPheS-hankkeessa suunnittelemme metalinssejä ja metapintoja, jotka vievät kehittynyttä kuvantamista ja mittaustoimintoja kompaktiin ja integroituun muotoon. Yhdistämällä metaoptiikkaa ja MEMS-teknologiaa pyrimme tekemään fotoniikkajärjestelmistä kestävämpiä, skaalautuvampia ja käytettävämpiä todellisiin sovelluksiin, kertoo fysiikan professori Humeyra Caglayan Tampereen yliopistosta.
Hankkeessa suositaan ekologisia materiaaleja, kuten piitä, ja vältetään perinteisessä infrapunaoptiikassa käytettyjä myrkyllisiä ja harvinaisia aineita. Tutkijat hyödyntävät myös fotoakustisia menetelmiä, joissa kaasut tunnistetaan äänen avulla, joka syntyy infrapunavalon imeytymisestä.
Piirilevyyn integroitavat mittausratkaisut teollisuuteen ja lääketieteeseen
VTT:n tutkimusryhmää johtava Aapo Varpula korostaa, että uudet spektrikuvantamisen ja kaasunmittauksen teknologiat sekä sovellukset ovat välttämättömiä kestävän kiertotalouden rakentamisessa.
– Metalinssit ovat litteitä, nanorakenteisia linssejä, joilla voidaan korvata perinteistä optiikkaa. Niiden avulla voi valmistaa yksinkertaisempia, kevyempiä sekä resurssi- ja kustannustehokkaampia järjestelmiä, Varpula selostaa.
Caglayan lisää, että tutkimus ratkaisee useita käytännön haasteita: optisten järjestelmien pienentäminen ilman suorituskyvyn heikkenemistä, skaalautuvuus ja kestävyys piipohjaisilla, CMOS-yhteensopivilla materiaaleilla (CMOS on elektroniikassa käytetty valmistustekniikka) sekä metaoptiikan ja MEMS-teknologian yhdistäminen monitoimisiin, säädettäviin järjestelmiin.
– Tavoitteemme on tuoda edistyneet optiset ominaisuudet sirumittakaavan alustoille, jolloin fotoniikan mittausteknologiat ovat helpommin saatavilla, energiatehokkaampia ja monipuolisempia teollisuuden ja lääketieteen käyttöön, Caglayan sanoo.
Innovaatioiden ansiosta laitteet voivat olla pienempiä, halvempia ja monipuolisempia – sovelluksia löytyy myös ympäristön seurannasta ja elintarviketurvallisuudesta.
VTT:n johtaman hankkeen kumppaneita ovat Tampereen yliopiston lisäksi Vaisala, Gasera, Schott Primoceler ja Applied Materials. Projekti on osa Business Finlandin Co-Innovation-ohjelmaa ja liittyy Chip Zero -ekosysteemiin.
Lue lisää EpheS-hankkeesta VTT:n tiedotteesta.
Lisätiedot
Humeyra Caglayan, Professor, humeyra.caglayan [at] tuni.fi (humeyra[dot]caglayan[at]tuni[dot]fi), 050 447 8330
Aapo Varpula, Research Team Leader, VTT Technical Research Centre of Finland, aapo.varpula [at] vtt.fi (aapo[dot]varpula[at]vtt[dot]fi), 040 357 1370
