Radioaalloista käyttövoimaa laitteisiin

Apulaisprofessori Ville Viikari pyörittää kädessään pientä levyä. Siinä on kuparilla kirjoitettua tekstiä, jonka keskellä on pieni metallimöykky. Yksinkertaisen näköinen kapistus on radioaalloilla käyvä anturi, kovinta uutta teknologiaa. Kupariteksti toimii antennina, joka kerää ympärillä kulkevia radioaaltoja. Anturi käyttää radioaaltoja energiana, jonka avulla tekstin keskellä oleva elektroniikka mittaa kosteutta.

Katso video:

Pienempiä ja halvempia laitteita

Tutkijat kehittävät laboratoriossaan erityyppisiä antureita. Isommat anturiprototyypit toimivat etäisyyksien yli kuin kuvan pienempi anturi. Aalto-yliopiston radiotekniikan apulaisprofessori pyörittelee laitetta sormissaan, sillä akuttomana ja vailla muuta voiman lähdettä laite on hyvin kevyt. Suomen Akatemia rahoittaa tutkimushanketta, jonka aikana radioaalloista energiaa kerääviä laitteita on tarkoitus pienentää edelleen. Parissa vuodessa on tarkoitus keventää laitteesta ohut taipuisa nauha, jonka hintakin saataisiin puristettua ehkä vain kymmeneen senttiin kappaleelta.

Tutkimushankkeessa saadaan myös laitteiden lukuetäisyyksiä kasvatettua. Tutkijat aikovat saada radioaalloista energiaa ammentavat laitteet luettavaksi jopa parinkymmenen metrin päästä.

Tutkijat kehittävät laboratoriossaan erityyppisiä antureita. Isommat anturiprototyypit toimivat etäisyyksien yli kuin kuvan pienempi anturi.

Energia aaltovoimalan avulla

”Näissä laitteissa on hyvin pieni aaltovoimala sisällä. Ne toimivat kuten vesiaaltovoimala, mutta mekaanisten laitteiden sijasta niiden sisällä on piiri, jota radioaallot pumppaavat. Pumppausliike synnyttää energiaa anturille”, kertoo Viikari.

Viikarin mukaan suuri haaste on saada laitteet tarpeeksi vähävirtaisiksi, jotta radioaalloista pumpattava energia riittää. Energian säästämiseksi tutkijat kehittävät uusia, aiempaa pienempiä ja energiatehokkaampia integroituja piirejä.

Laskutoimituksia vähemmällä energialla

Energian säästämisessä myös yleinen integroitujen piirien tekninen kehitys on tutkijoiden puolella.

Mooren lain mukaan transistorien määrä halvoissa mikropiireissä tuplaantuu noin kahdessa vuodessa koko ajan jatkuvana kehityksenä. Mooren lain vähemmän tunnettuna seurauksena yhden laskutoimituksen vaatima energia puolittuu samassa ajassa.

”Tämän ansiosta olemme pian siinä pisteessä, että ympäröivien radioaaltojen tuottama energia riittää hyvinkin monimutkaisten laskutoimitusten tekemiseen”, sanoo Viikari.

Älykkäitä antenneja

Osa tutkimustyötä on anturilaitteen tiedonvälityksen tehostaminen. Akatemian rahoittaman tutkimushankkeen aikana tarkoitus on kehittää laitteiden antennit älykkäiksi.

Älyantennit osaavat virittää toimintansa ympäristön mukaan. Ne suuntaavat radioaallot tarkasti toisia laitteita kohden ja vastaanottavat radioaaltoja tehokkaasti suunnista, joista saapuvat aallot ovat voimakkaimpia. Antennit osaavat myös virittää itsensä sellaiselle taajuudelle, jossa on paljon saatavilla olevaa energiaa.

Kohti teollista internetiä

Viikarin johtama tutkimushanke vie osaltaan kehitystä kohti teollista internetiä. Siinä laitteet keräävät tietoa ympäristöstään antureilla ja lähettävät sen eteenpäin muualla käsiteltäväksi saaden käskyjä takaisin. Tiedonvaihdon perusteella laitteet voivat toimia automaattisesti keskenään ja sopeutua ympäristön muutoksiin tai muuttaa ympäristöä.

Kun anturit saadaan halvoiksi ja huoltamatta toimiviksi, niitä voidaan laittaa lähes joka paikkaan kotona. Työkalut ja kirjat kertovat sijaintipaikastaan, roskakorit huomauttavat tyhjennystarpeestaan, turhat valot sammuvat. Teollisuuden puolella prosessit tehostuvat ja tuottavat isoja kustannussäästöjä.

Lähes kaikki verkottuu

Koska laitteiden liittyminen verkkoon ja sitä kautta internettiin on helppoa ja halpaa, lähes kaikki laitteet verkottuvat ja monimutkaisiakin kokonaisuuksia voidaan hyvin hallita.

Teollisen internetin yhteydessä puhutaan läsnä-älystä. Se tarkoittaa tietotekniikan tunkeutumista koko ihmiselämän alueelle. Suurten mahdollisuuksien lisäksi se tarkoittaa myös kysymyksiä, jotka tulee vielä ratkaista. Esimerkiksi yksityisyyden suojan ja tietoturvan takia on tärkeä tarkkaan rajata, kuka pääsee näkemään missä ihmiset ja esineet ovat.

Teollisuus hyvin kiinnostunut

Viikarin mukaan teollisuus on ollut hyvin kiinnostunut tutkijoiden työstä.

”Yleensä perustutkimus tulee ensin ja vasta myöhemmässä vaiheessa yritykset alkavat soveltaa uutta tietoa. Tässä tapauksessa yritykset ovat kuitenkin tulleet mukaan tutkimukseen jo alkuvaiheessa”, kertoo Viikari.

Yritysyhteistyölle on monta hyvää perustetta. Teollinen internet tuottaa suuria etuja ja säästöjä teollisuudelle. Viikarin tutkimusryhmän tulokset auttavat ratkaisemaan myös selkeitä käytännön ongelmia välittömästi. Esimerkiksi tehdashallissa saattaa olla vaikeita paikkoja, minne sähköjä ei saada vedettyä. Radioaalloilla toimiva laite on silloin erinomainen ratkaisu. 

Teksti ja kuvat: Visa Noronen