Huippuyksikköohjelma 2022-2029
Huippuyksiköt 2022-2029
Suomen Akatemia on valinnut uudet tutkimuksen huippuyksiköt vuosille 2022–2029. Huippuyksikköohjelmaan valittiin 11 yksikköä, joissa työskentelee tutkimusryhmiä yhteensä 11 yliopistosta ja tutkimuslaitoksesta.
Suurnopeuksiset sähkömekaaniset energianmuunnosjärjestelmät
Belahcen Anouar Aalto-yliopisto (AALTO); Pippuri-Mäkeläinen Jenni Teknologian tutkimuskeskus (VTT Oy); Pyrhönen Juha Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto (LUT); Rasilo Paavo Tampereen yliopisto (TAU); Råback Peter Tieteen tietotekniikan keskus Oy (CSC) ja Tammi Kari (AALTO)
Maailma sähköistyy kiihtyvällä tahdilla. Sähköistyminen näkyy niin liikenteessä kuin teollisissa prosesseissa ja kokonaisissa energiajärjestelmissäkin. Tämä kehitys luo ennennäkemätöntä tarvetta energia-, materiaali- ja kustannustehokkaille sähkökoneille, sähkökäytöille ja sähköisille voimalinjoille.
Suurnopeuksiset sähkömekaaniset energianmuunnosjärjestelmät -huippuyksikkö tuo yhteen aihepiirin keskeiset suomalaiset akateemiset asiantuntijat. Huippuyksikössä keskitytään erityisesti suurtaajuusratkaisuihin ja niiden mahdollisuuksien täysimääräiseen hyödyntämiseen. Tavoitteena on kehittää mallinnus- ja analyysimenetelmiä sekä metodologioita puhtaamman tulevaisuuden kannalta välttämättömien kestävien ja kompaktien sähkökoneiden ja -käyttöjen, mekaanisen voimansiirron ja näistä koostuvien järjestelmien tuottamiseen.
Metsäpuiden biologia
Helariutta Yrjö Helsingin yliopisto (HY); Kangasjärvi Jaakko (HY) ja Mähönen Ari Pekka (HY)
Metsäpuiden biologian huippuyksikössä tutkitaan, miten geenit ohjaavat puiden hiilinielutoimintaa. Metsäpuut toimivat keskeisinä hiilinieluina ilmastonmuutosta aiheuttavan hiilidioksidin sitomisessa. Ne ottavat hiilidioksidin sisäänsä lehdissä olevien ilmarakojen kautta. Hiilidioksidi sitoutuu hiilihydraatti- eli sokerimolekyyleihin lehtien viherhiukkasissa, ja nämä sokeriyhdisteet kulkeutuvat puun runkoon nilasolukkoa pitkin. Lopulta rungossa toimiva kantasoluvyöhyke jälsi ohjaa lehdestä tulevien yhteyttämistuotteiden kanavoitumista puun kasvuun.
Huippuyksikössä tutkitaan näitä biologisia ilmiöitä aluksi erikseen. Lopulta monitieteinen tutkimusryhmä koostaa tiedon yhtenäiseksi malliksi, jonka avulla selvitetään, miksi toiset puuyksilöt toimivat tehokkaampina hiilinieluina kuin toiset. Uuden tutkimustiedon avulla pyritään muun muassa tehostamaan metsäpuiden hiilinieluvaikutusta.
Lisätietoja:
Solumekaniikka biologisten esteiden toiminnassa: Voimien ja signaalien integraatio molekyylitasolta kudostasolle
Ivaska Johanna Turun yliopisto (TY); Lappalainen Pekka Helsingin yliopisto (HY); Saharinen Pipsa (HY); Vattulainen Ilpo (HY) ja Wickström Sara (HY)
Kaikki ihmiset kärsivät aika ajoin erilaisista infektioista ja tulehduksista, jotka aiheutuvat samasta syystä: elimistöä suojaavien biologisten esteiden kuten ihon, keuhkojen ja verisuonten pintaa verhoavien solukerrosten toiminnan häiriöistä. Vakavissa tilanteissa näiden esteiden toimintahäiriöt voivat johtaa syövän leviämiseen ja elintoimintojen häiriöihin. Vaikka solukerroksista muodostuvien biologisten esteiden toiminnan ymmärtäminen on yksi terveen elämän varmistamisen kulmakivistä, niiden toimintamekanismeja ei vielä ymmärretä riittävän hyvin.
Solumekaniikka biologisten esteiden toiminnassa -huippuyksikön tavoitteena on selvittää, miten elimistö ohjaa biologisten esteiden toimintaa sekä molekyylien että solujen ja niiden muodostamien kudosten tasolla. Tätä tietoa hyödyntämällä huippuyksikössä tutkitaan myös, miten solukerroksista muodostuvien esteiden toimintahäiriöt johtavat sairauksiin ja kuinka sairauksia voidaan hoitaa tai jopa ehkäistä toimintahäiriöitä korjaamalla.
Lisätietoja:
Verotutkimus
Kotakorpi Kaisa Tampereen yliopisto (TAU); Harju Jarkko (TAU); Kosonen Tuomas Valtion taloudellinen tutkimuskeskus (VATT) ja Pirttilä Jukka Helsingin yliopisto (HY)
Modernit hyvinvointivaltiot keräävät suuren osan kansantuotteesta verotuloina, ja siksi verojärjestelmä vaikuttaa merkittävästi talouden toimintaan. Verotusta tarvitaan myös ympäristö- ja terveysongelmien ratkaisussa sekä oikeudenmukaisen tulonjaon saavuttamisessa.
Verotutkimuksen huippuyksikössä tutkitaan kaikkia verotuksen osa-alueita hyödyntämällä monipuolisesti muun muassa laajoja rekisteriaineistoja, kyselyaineistoja ja satunnaiskokeita sekä luomalla uutta teoriaa. Tutkimuksessa haastetaan aiempia käsityksiä verotuksen vaikutuksista yritysten ja yksityisten veronmaksajien toimintaan, ja sen tulokset voivat vaikuttaa olennaisella tavalla hyvää verojärjestelmää koskeviin yhteiskuntapoliittisiin suosituksiin. Tutkimus tehdään yhteistyönä suomalaisten korkeatasoista taloustieteellistä verotutkimusta tekevien instituutioiden kesken ja alan kansainvälisten huippututkijoiden kanssa.
Lisätietoa:
Kvarkkiaineen tutkimus
Lappi Tuomas Jyväskylän yliopisto (JY); Eskola Kari (JY); Kim Dong (JY); Paukkunen Hannu Tuomas (JY) ja Räsänen Sami (JY)
Kvarkkiaineen tutkimuksen huippuyksikkö tutkii vahvoja vuorovaikutuksia tavallisen aineen perimmäisten rakenneosien, kvarkkien ja gluonien välillä. Tätä vuorovaikutusta kuvaa kvanttiväridynamiikan teoria. Huippuyksikön tavoitteena on ymmärtää, kuinka kvarkkien ja gluonien ominaisuudet muuttuvat havaittaviksi suurienergisissä hiukkastörmäyskokeissa. Erityisesti huippuyksikössä tarkastellaan, kuinka ja milloin aine muuttuu kvarkkigluoniplasma-nimiseen uuteen olomuotoon, jossa kvarkit ja gluonit liikkuvat vapaina.
Huippuyksikkö koostuu kolmesta teoreettisesta ja kahdesta kokeellisesta tutkimusryhmästä. Teoriaryhmien tutkimus auttaa ymmärtämään mittauksia CERNin LHC-kiihdyttimellä sekä maailman tehokkaimmalla mikroskoopilla, tulevalla EIC-kiihdyttimellä, jonka rakennustyöt USA:ssa alkavat lähivuosina. Kokeelliset tutkimusryhmät osallistuvat LHC:n ALICE-koeasemalla tehtävään kvarkkigluoniplasman kokeelliseen tutkimukseen.
Lisätietoa:
Oppimisen dynamiikka ja interventiotutkimus
Leppänen Paavo Jyväskylän yliopisto (JY); Aro Mikko (JY) ja Korja Riikka Turun yliopisto (TY)
Oppimisen vaikeuksien kehittymiseen vaikuttavat monenlaiset toisiinsa yhteydessä olevat tekijät. Näillä tekijöillä on tärkeä rooli siinä, miksi jotkut selviytyvät ja toiset eivät nopeasti muuttuvan yhteiskunnan vaatimuksista. Oppimisen vaikeuksia esiintyy noin 10–20 prosentilla väestöstä, ja niillä on suuri vaikutus yksilön elämänlaatuun. Lisäksi oppimisen vaikeuksilla on suuria taloudellisia vaikutuksia koulumaailmaan sekä terveyden ja sosiaalihuollon järjestelmiin.
Oppimisen dynamiikan ja interventiotutkimuksen huippuyksikön tutkijat tulevat eri tutkimusaloilta. Tutkijat soveltavat yhdistävää ja monitasoista henkilökeskeistä lähestymistapaa, kun he selvittävät oppimisen vaikeuksien taustalla olevia neurobiologisia, kognitiivisia, sosio-emotionaalisia, motivationaalisia ja ympäristöllisiä tekijöitä. Huippuyksikkö syventää ja monipuolistaa ymmärrystä oppimiseen ja hyvinvointiin vaikuttavista riskeistä ja suojaavista tekijöistä sekä kehittää vaikuttavia tuen keinoja käytettäväksi erilaisissa oppimisympäristöissä.
Elävien toimintojen innoittamat hybridimateriaalit
Linder Markus Aalto-yliopisto (AALTO); Ikkala Olli (AALTO); Kostiainen Mauri (AALTO); Penttilä Merja Teknologian tutkimuskeskus (VTT Oy); Priimägi Arri Tampereen yliopisto (TAU); Ras Robin (AALTO); Sammalkorpi Maria (AALTO) ja Timonen Jaakko (AALTO)
Materiaalit ja niiden tarjoamat mahdollisuudet ovat keskeisiä kaikilla yhteiskunnan osa-alueilla. Jo nyt on nähtävissä, että uusien tulevaisuuden materiaalien kehittämisessä biologialla on keskeinen rooli. Biologiset raaka-aineet tarjoavat luontaisen mahdollisuuden uudistumiseen ja bioyhteensopivuuteen, ja toisaalta biologiset prosessit ovat vesipohjaisia prosesseja hyödyntävinä kehittyneet evoluution kautta erittäin tehokkaiksi.
Elävien toimintojen innoittamat hybridimateriaalit - tutkimuksen huippuyksikössä yhdistetään biotieteet, kemia, fysiikka ja mallitus uudeksi biologisten materiaalien tieteeksi. Yksikön erityinen tavoite on aikaansaada materiaaleja, joilla on uudenlaisia toiminnallisia ominaisuuksia, ja joiden innoituksen lähteinä ovat elolliset toiminnallisuudet. Näihin lukeutuvat esimerkiksi se, miten rakenteet muodostuvat, miten ne kasvavat ja mukautuvat sekä miten rakenteiden välinen kommunikaatio tapahtuu. Kyseisten kysymysten tutkiminen mahdollistaa täysin uudenlaisten vuorovaikutteisten materiaalien kehittämisen.
Satunnaisuuden ja rakenteiden tutkimus
Saksman Eero Helsingin yliopisto (HY); Hytönen Tuomas (HY); Ilmonen Pauliina Aalto-yliopisto (AALTO); Koskela Pekka Jyväskylän yliopisto (JY); Kuusi Tuomo (HY); Kytölä Kalle (AALTO); Lukkarinen Jani (HY); Matomäki Kaisa Turun yliopisto (TY); Peltola Eveliina (JY); Vihola Matti (JY) ja Zhong Xiao (HY)
Satunnaisuuden ja rakenteiden tutkimuksessa olennaisena osana ovat matematiikan uusimpien edistysaskeleiden sovellukset sekä fysiikan ja tilastotieteen alan tutkimus. Merkittävinä tavoitteina voidaan mainita esimerkiksi kalliorakenteiden matemaattinen mallinnus geotermisen energiantuotannon tarpeisiin sekä koagulaatio-fragmentaatiomallien ennustetarkkuuden kehittäminen uraauurtavassa ilmakehän matematiikan tutkimuksessa.
Satunnaisuuden ja rakenteiden tutkimuksen huippuyksikkö kokoaa yhteen johtavia suomalaisia matemaatikoita sekä alan uuden sukupolven maailmanluokan asiantuntijoita edistämään satunnaisuuden ja rakenteiden tutkimusta. Huippuyksikkö tähtää matemaattisiin edistysaskeliin probabilististen metodien, kvantti- ja konformikenttäteorioiden, geometrisen ja harmonisen analyysin, osittaisdifferentiaaliyhtälöiden sekä analyyttisen lukuteorian yhtymäkohdissa.
Lisätietoja:
Musiikin, mielen, kehon ja aivojen tutkimus
Toiviainen Petri Jyväskylän yliopisto (JY); Huotilainen, Minna Helsingin yliopisto (HY) ja Särkämö Teppo (HY)
Musiikin, mielen, kehon ja aivojen tutkimuksen huippuyksikkö tutkii musiikkia multimodaalisena kokemuksena ja monipuolisena muutosvoimana läpi elämänkaaren ─ sekä terveydessä että sairaudessa. Yksikön tutkimus on monitieteistä ja empiiristä, niin perustutkimusta kuin soveltavaa tutkimusta. Tutkimuksessa yhdistetään kognitiivista musiikki- ja neurotiedettä, musiikkiterapiaa, psykologiaa, kasvatustiedettä ja tietojenkäsittelytiedettä.
Huippuyksikkö selvittää, kuinka musiikin kognitiiviset, emotionaaliset, keholliset ja vuorovaikutukselliset kokemukset muuttuvat elämänkaaren aikana. Lisäksi tutkitaan, miten nämä ilmenevät erilaisissa sairauksissa ja häiriöissä ja kuinka musiikkipohjaiset interventiot voidaan optimoida tukemaan oppimista ja parantamaan emotionaalista, kognitiivista, motorista ja sosiaalista hyvinvointia sekä arkielämässä että koulutus- ja kuntoutuskäytössä. Yksikön tutkimus pureutuu myös kyseisten ilmiöiden taustalla oleviin yksilöllisiin, tilannesidonnaisiin, psykologisiin ja neuraalisiin mekanismeihin, jotka selittävät musiikin tehon.
Virtuaalinen laboratorio ilmakehän molekyylitason reaktioille ja faasimuutoksille
Vehkamäki Hanna Helsingin yliopisto (HY); Eskola Arkke Johannes (HY); Kangasluoma Juha (HY); Kurten Theo (HY); Lehtinen Kari Itä-Suomen yliopisto (UEF); Puolamäki Kai (HY); Rinke Patrick Aalto-yliopisto (AALTO); Rissanen Matti Tampereen yliopisto (TAU); Schobesberger Siegfried (UEF) ja Sipilä Mikko (HY)
Ilmakehän aerosolihiukkasten muodostumisen ymmärtäminen on elintärkeää, koska hiukkaset yhtäältä auttavat viilentämään ilmastoa, mutta toisaalta lisäävät myös kuolleisuutta huonon ilmanlaadun vuoksi. Keskeinen ongelma aerosolien muodostumisen ennustamisessa on osallistuvien yhdisteiden ja prosessien valtava lukumäärä ja monimutkaisuus.
Virtuaalinen laboratorio ilmakehän molekyylitason reaktioille ja faasimuutoksille -tutkimuksen huippuyksikkö yhdistää ilmakehätieteen ja tietojenkäsittelytieteen menetelmiä virtuaalilaboratorioksi ilmakehän aerosolien muodostumisen tutkimiseksi. Tähän yhdistetään vuorovaikutteisesti kokeelliset ja teoreettiset huippumenetelmät kemian, fysiikan ja tekoälyn aloilta. Kyseinen lähestymistapa antaa yksikölle mahdollisuuden ratkaista monia ilmakehätieteiden ratkaisemattomia ongelmia, kuten tunnistaa reaktiot, jotka ovat vastuussa orgaanisten nanohiukkasten muodostumisesta ja kasvusta. Huippuyksikön virtuaalilaboratorion tiedeviestintään räätälöidyt versiot tarjoavat myös koululaisille ja suurelle yleisölle mahdollisuuden oivalluksiin paitsi ilmakehätieteestä myös tieteellisestä prosessista yleisesti.
Lisätietoja:
Mikrobilääkeresistenssin tutkimus
Virta Marko Helsingin yliopisto (HY); Hiltunen Teppo Turun yliopisto (TY); Kantele Anu (HY); Mustonen Ville (HY) ja Sariola Salla (HY)
Mikrobilääkkeille vastustuskykyisten bakteerien kehittyminen ja globaali leviäminen on monimutkainen kokonaisuus, jonka ymmärtäminen vaatii monitieteistä lähestymistapaa. Mikrobilääkeresistenssin yleistyminen haastaa niin terveydenhuoltoa kuin eläinten hoitoa. Samalla se vaikeuttaa myös bakteeritautien hoitoa ja muita siihen nojaavia hoitomuotoja, kuten syöpähoitoja ja kirurgiaa.
Mikrobilääkeresistenssin tutkimuksen monitieteinen huippuyksikkö lähestyy tutkimuskohdettaan kokonaisvaltaisesti tarkastelemalla terveyttä niin ihmisten, eläinten kuin ympäristön näkökulmista.
Lisätietoja:
