Programmet för spetsforskningsenheter 2022–2029

Elektromekanisk energiomvandling

Belahcen Anouar Aalto-universitetet (AU); Pippuri-Mäkeläinen Jenni Teknologiska forskningscentralen VTT Ab (VTT); Pyrhönen Juha Villmanstrand-Lahtis tekniska universitet LUT (LUT); Rasilo Paavo Tammerfors universitet (TU); Råback Peter CSC – IT-centret för vetenskap (CSC) och Tammi Kari (AU) 

Världen elektrifieras i allt snabbare takt. Elektrifieringen syns såväl i trafiken som i de industriella processerna och i hela energisystem. Denna utveckling skapar ett aldrig tidigare skådat behov av energi-, material- och kostnadseffektiva elmaskiner, elektriska drivsystem och elektriska kraftledningar.

Spetsforskningsenheten för höghastighetssystem för elektromekanisk energiomvandling sammanför de centrala finländska akademiska experterna inom ämnesområdet. Spetsforskningsenheten fokuserar särskilt på högfrekvenslösningar och på fullt utnyttjande av deras möjligheter. Målet är att utveckla modellerings- och analysmetoder samt metodologier för produktion av hållbara och kompakta elmaskiner och elektriska drivsystem, samt mekanisk transmission och system som består av dessa, vilket är nödvändigt för en renare framtid.

Trädbiologi

Helariutta Yrjö Helsingfors universitet (HU); Kangasjärvi Jaakko (HU) och Mähönen Ari Pekka (HU)

Vid spetsforskningsenheten för trädbiologi undersöker man hur generna styr trädens kolsänkefunktion. Skogsträden fungerar som centrala kolsänkor i fråga om att binda koldioxid som orsakar klimatförändringen. De tar in koldioxid via luftspringor i bladen. Koldioxiden binds till kolhydrat-, dvs. sockermolekyler i bladens grönpartiklar, och dessa sockerföreningar transporteras till trädstammen via floemet. Stamcellszonen kambium som finns i stammen styr slutligen kanaliseringen av assimileringsprodukterna från bladen till trädets tillväxt.

Vid spetsforskningsenheten undersöks dessa biologiska fenomen till en början separat. Slutligen sammanställer den mångvetenskapliga forskningsgruppen informationen till en enhetlig modell med vars hjälp man utreder varför vissa trädindivider fungerar som effektivare kolsänkor än andra. Med hjälp av den nya forskningsinformationen strävar man bland annat efter att effektivisera skogsträdens kolsänkeeffekt.

Mer information:

• Webbplatsen för Spetsforskningsenheten för trädbiologi

Cellmekanik vid biologiska hinder: Integrering av krafter och signaler från molekylnivå till vävnadsnivå

Ivaska Johanna Åbo universitet (ÅU); Lappalainen Pekka Helsingfors universitet (HU); Saharinen Pipsa (HU); Vattulainen Ilpo (HU) och Wickström Sara (HU)

Alla människor drabbas då och då av olika infektioner och inflammationer som har samma orsak: funktionsstörningar i de biologiska hindren som skyddar kroppen, såsom de cellager som täcker hudens, lungornas och blodkärlens yta. I allvarliga situationer kan funktionsstörningar i dessa hinder leda till spridning av cancer och störningar i livsfunktionerna. Även om förståelsen av hur de biologiska hindren som bildas av cellskikten fungerar utgör en av hörnstenarna i tryggandet av ett friskt liv, förstår man ännu inte deras funktionsmekanismer tillräckligt väl.

Målet för spetsforskningsenheten för cellmekanik vid biologiska hinder är att utreda hur kroppen styr de biologiska hindrens funktion på både molekyl- och cellnivå samt med avseende på de vävnader som byggs upp av dessa molekyler och celler. Genom att utnyttja denna information undersöker spetsforskningsenheten också hur funktionsstörningar i de hinder som bildas av cellskikten leder till sjukdomar och hur sjukdomar kan behandlas eller till och med förebyggas genom att korrigera funktionsstörningarna.

Mer information:

• Webbplatsen för Spetsforskningsenheten för cellmekanik vid biologiska hinder

Skatteforskning

Kotakorpi Kaisa Tammerfors universitet (TU); Harju Jarkko (TU); Kosonen Tuomas Statens ekonomiska forskningscentral VATT (VATT) och Pirttilä Jukka Helsingfors universitet (HU)

De moderna välfärdsstaterna samlar in en stor del av nationalprodukten i form av skatteinkomster och därför påverkar skattesystemet avsevärt den ekonomiska verksamheten. Beskattning behövs också för att lösa miljö- och hälsoproblem samt för att uppnå en rättvis inkomstfördelning.

Vid spetsforskningsenheten för skatteforskning undersöker man alla delområden inom beskattning genom att mångsidigt utnyttja bland annat omfattande registermaterial, enkätmaterial och stickprov samt genom att skapa ny teori. I undersökningen utmanas tidigare uppfattningar om hur beskattningen påverkar företagens och de privata skattebetalarnas verksamhet, och resultaten kan på ett väsentligt sätt påverka de samhällspolitiska rekommendationerna om ett bra skattesystem. Forskningen genomförs som ett samarbete mellan finländska institutioner som bedriver ekonomisk skatteforskning på hög nivå och internationella toppforskare inom branschen.

Mer information:

• Webbplatsen för Spetsforskningsenheten för skatteforskning

Kvarkmateria

Lappi Tuomas Jyväskylä universitet (JU); Eskola Kari (JU); Kim Dong (JU); Paukkunen Hannu Tuomas (JU) och Räsänen Sami (JU) 

Spetsforskningsenheten för kvarkmateria undersöker starka interaktioner mellan de yttersta beståndsdelarna i vanlig materia, kvarkar och gluoner. Denna växelverkan beskrivs av teorin om kvantkromodynamik. Spetsforskningsenheten har som mål att förstå hur kvarkarnas och gluonernas egenskaper förändras så de blir observerbara vid högenergiska partikelkollisionsexperiment. Vid spetsforskningsenheten granskas i synnerhet hur och när ämnet övergår i ett nytt aggregationstillstånd vid namn kvark-gluonplasma, där kvarkarna och gluonerna rör sig fritt.

Spetsforskningsenheten består av tre teoretiska och två experimentella forskningsgrupper. Teorigruppernas forskning hjälper till att förstå mätningar med CERNs LHC-accelerator samt med världens effektivaste mikroskop, den blivande EIC-acceleratorn, vars byggarbete inleds i USA under de närmaste åren. De experimentella forskningsgrupperna deltar i den experimentella forskningen kring kvark-gluonplasma vid LHC:s provstation ALICE.

Mer information:

• Webbplatsen för Spetsforskningsenheten för kvarkmateria

Inlärningens dynamik och interventioner

Leppänen Paavo Jyväskylä universitet (JU); Aro Mikko (JU) och Korja Riikka Åbo universitet (ÅU)

Utvecklingen av inlärningssvårigheter påverkas av många olika faktorer som har samband med varandra. Dessa faktorer spelar en viktig roll för varför vissa klarar av kraven från ett samhälle i snabb förändring medan andra inte gör det. Inlärningssvårigheter förekommer hos cirka 10–20 procent av befolkningen och de har stor inverkan på individens livskvalitet. Dessutom har inlärningssvårigheter stora ekonomiska konsekvenser för skolvärlden samt för hälso- och socialvårdssystemen.

Forskarna vid spetsforskningsenheten för inlärningens dynamik och interventioner kommer från olika forskningsområden. Forskarna tillämpar ett förenande och individcentrerat tillvägagångssätt på flera nivåer när de utreder de neurobiologiska, kognitiva, socioemotionella, motivationella och miljömässiga faktorer som ligger bakom inlärningssvårigheter. Spetsforskningsenheten fördjupar och breddar förståelsen för de risker och skyddsfaktorer som påverkar inlärningen och välbefinnandet samt utvecklar effektiva stödmetoder som kan användas i olika inlärningsmiljöer.

Hybridmaterial inspirerade av levande funktioner

Linder Markus Aalto-universitetet (AU); Ikkala Olli (AU); Kostiainen Mauri (AU); Penttilä Merja Teknologiska forskningscentralen VTT Ab (VTT); Priimägi Arri Tammerfors universitet (TU); Ras Robin (AU); Sammalkorpi Maria (AU) och Timonen Jaakko (AU)

Materialen och de möjligheter de erbjuder är centrala inom alla samhällets delområden. Redan nu kan man se att biologin spelar en central roll i utvecklingen av nya framtida material. Biologiska råmaterial erbjuder en naturlig möjlighet till förnyelse och biokompatibilitet, och å andra sidan har de biologiska processer som utnyttjar vattenbaserade processer genom evolutionen utvecklats till att bli mycket effektiva.

Vid spetsforskningsenheten för forskning kring hybridmaterial inspirerade av levande funktioner kombineras biovetenskaper, kemi, fysik och modellering till en ny vetenskap om biologiska material. Enhetens särskilda mål är att skapa material med nya funktionella egenskaper som inspireras av levande funktioner. Till dessa hör till exempel hur strukturerna bildas, hur de växer och anpassar sig samt hur kommunikationen mellan strukturerna sker. Genom att undersöka dessa frågor kan man utveckla helt nya typer av interaktiva material.

Slumpmässighet och strukturer

Saksman Eero Helsingfors universitet (HU); Hytönen Tuomas (HU); Ilmonen Pauliina Aalto-universitetet (AU); Koskela Pekka Jyväskylä universitet (JU); Kuusi Tuomo (HU); Kytölä Kalle (AU); Lukkarinen Jani (HU); Matomäki Kaisa Åbo universitet (ÅU); Peltola Eveliina (JU); Vihola Matti (JU) och Zhong Xiao (HU)

En väsentlig del i forskningen om slumpmässighet och strukturer är tillämpningar av de senaste framstegen inom matematik samt forskning inom fysik och statistik. Som betydande mål kan nämnas till exempel matematisk modellering av bergstrukturer för den geotermiska energiproduktionens behov samt utveckling av prediktionsnoggrannheten hos koagulation-fragmenteringsmodeller i den banbrytande matematiska atmosfärforskningen.

Spetsforskningsenheten för slumpmässighet och strukturer samlar ledande finländska matematiker och den nya generationens experter i världsklass inom branschen för att främja forskning i slumpmässighet och strukturer. Spetsforskningsenheten siktar på matematiska framsteg i beröringspunkterna mellan probabilistiska metoder, kvant- och konformfältteorier, geometrisk och harmonisk analys, partiella differentialkalkyler och analytisk talteori.

Mer information:

• Webbplatsen för Spetsforskningsenheten för slumpmässighet och strukturer

Musik, medvetande, kropp och hjärna

Toiviainen Petri Jyväskylä universitet (JU); Huotilainen, Minna Helsingfors universitet (HU) och Särkämö Teppo (HU)

Spetsforskningsenheten för musik, medvetande, kropp och hjärna forskar i musik som en multimodal upplevelse och som en mångsidig förändringskraft under hela livscykeln – både i hälsa och i sjukdom. Enhetens forskning är flervetenskaplig och empirisk, såväl grundforskning som tillämpad forskning. I forskningen kombineras kognitiv musik- och neurovetenskap, musikterapi, psykologi, pedagogik och informationsbehandling.

Spetsforskningsenheten utreder hur musikens kognitiva, emotionella, fysiska och interaktiva upplevelser förändras under livscykeln. Dessutom undersöker man hur dessa uppträder vid olika sjukdomar och störningar och hur musikbaserade interventioner kan optimeras för att stöda inlärningen och förbättra det emotionella, kognitiva, motoriska och sociala välbefinnandet både i vardagen och i utbildnings- och rehabiliteringsbruk. Enhetens forskning går också in på de individuella, situationsbundna, psykologiska och neurala mekanismer som ligger bakom fenomenen i fråga och som förklarar musikens effekt.

Virtuellt laboratorium för atmosfäriska transformationer på molekylnivå

Vehkamäki Hanna Helsingfors universitet (HU); Eskola Arkke Johannes (HU); Kangasluoma Juha (HU); Kurten Theo (HU); Lehtinen Kari Östra Finlands universitet (ÖFU); Puolamäki Kai (HU); Rinke Patrick Aalto-universitetet (AU); Rissanen Matti Tammerfors universitet (TU); Schobesberger Siegfried (ÖFU) och Sipilä Mikko (HU)

Att förstå uppkomsten av aerosolpartiklar i atmosfären är livsviktigt eftersom partiklarna å ena sidan hjälper till att kyla ner klimatet, men å andra sidan också ökar dödligheten på grund av dålig luftkvalitet. Ett centralt problem när det gäller att förutspå uppkomsten av aerosoler är det enorma antalet deltagande föreningar och processer och deras komplexitet.

Spetsforskningsenheten Virtuellt laboratorium för atmosfäriska transformationer på molekylnivå kombinerar metoder inom atmosfärvetenskap och informationsbehandling till ett virtuellt laboratorium för att undersöka uppkomsten av aerosoler i atmosfären. Till detta kombineras interaktivt experimentella och teoretiska toppmetoder inom kemi, fysik och artificiell intelligens. Detta tillvägagångssätt gör det möjligt för enheten att lösa många olösta problem inom atmosfärvetenskapen, till exempel att identifiera de reaktioner som är ansvariga för uppkomsten och tillväxten av organiska nanopartiklar. Versionerna som skräddarsytts för den vetenskapliga kommunikationen vid spetsenhetens virtuella laboratorium erbjuder också skolelever och allmänheten en möjlighet till insikter, inte bara om atmosfären utan också om den vetenskapliga processen i allmänhet.

Mer information:

• Webbplatsen för Spetsforskningsenheten Virtuellt laboratorium för atmosfäriska transformationer på molekylnivå 

Antimikrobiell resistens

Virta Marko Helsingfors universitet (HU); Hiltunen Teppo Åbo universitet (ÅU); Kantele Anu (HU); Mustonen Ville (HU) och Sariola Salla (HU)

Utvecklingen och den globala spridningen av bakterier som är resistenta mot antimikrobiella läkemedel är en komplicerad helhet som kräver ett mångvetenskapligt angreppssätt för att förstå. Att den antimikrobiella resistensen blir vanligare medför en utmaning för såväl hälso- och sjukvården som för djurvården. Samtidigt försvåras också behandlingen av bakteriesjukdomar och andra behandlingsformer som stöder sig på den, såsom cancerbehandlingar och kirurgi.

Den flervetenskapliga spetsforskningsenheten för antimikrobiell resistens närmar sig sitt forskningsobjekt på ett övergripande sätt genom att granska hälsan ur såväl människors, djurs som miljöns synvinkel.