Mikrorobotiikalla parempaa paperia?

TTY:n mikrorobotiikan osaaminen mahdollistaa entistä kevyemmän ja edullisemman, mutta silti laadukkaan paperin valmistamisen. PowerBonds-projektissa kehitetään professori Pasi Kallion johdolla tekniikkaa paperikuitujen välisten sidosten mittaamiseen.

Paperin lujuus riippuu pitkälti yksittäisten paperikuitujen ja niiden välisten sidosten ominaisuuksista. Jos sidosten lujuutta pystyttäisiin parantamaan, voisi paperintekijä korvata kalliita kuituja halvemmilla, esimerkiksi liitua ja savea sisältävillä täyteaineilla.

Sidoslujuuden parantaminen mahdollistaisi neliömassaltaan entistä kevyemmän ja silti laadukkaan paperin valmistamisen. Se taas hillitsisi paperinvalmistuksen nousevia kustannuksia, sillä materiaalia ja energiaa säästyisi sekä valmistuksessa että kuljetuksessa. Sidoksiltaan luja paperi auttaisi myös ehkäisemään kalliita paperirainan katkoksia paperikoneella.

Kuidutkin ovat soluja

TTY:llä on tutkittu mikrorobotiikkaa liki kahdenkymmenen vuoden ajan. Professori Pasi Kallion mukaan ensimmäiset kymmenkunta vuotta menivät teknologian kehittämiseen. Sen jälkeen TTY:llä on erikoistuttu elävien solujen käsittelyyn.

– Paperin kuidutkin ovat soluja, joten päätimme selvittää, olisiko paperin tekijöillä käyttöä osaamisellamme, professori Pasi Kallio kertoo.

EU:n COST-tutkimusverkon kautta löytyivät vuonna 2006 yhteydet paperitutkijoiden foorumille. Yhteydenottojen ja parin vuoden kypsyttelyn jälkeen tutkimusalue alkoi hahmottua ja lopulta vuoden 2012 alussa käynnistyi kansainvälinen PowerBonds-projekti, jota TTY:n systeemitekniikan laitos koordinoi. ERA-NET WoodWisdom-Net 2 -hankkeen rahoittamassa kolmevuotisessa projektissa on mukana seitsemän yritystä ja kahdeksan akateemista partneria Suomesta, Ruotsista, Saksasta, Ranskasta ja Itävallasta.

Stereonäköä ja tekoälyä

TTY kehittää projektissa varsinaisille paperintutkijoille tekniikkaa, jolla millin pituisten ja noin kolmenkymmenen mikrometrin levyisten kuitujen välisten sidosten mittaus automatisoidaan.

– Ensimmäiset mittaukset teimme liimaamalla kuidut anturiin. Tavoite on, että stereonäön ja tekoälyn avulla mikrorobotti oppii itse tunnistamaan vesiliuoksessa olevat kuitusidokset ja tarttumaan niihin. Päämääränä on älykäs ja autonominen järjestelmä, Pasi Kallio sanoo.

Lopulta saadaan riittävästi mittaustuloksia esimerkiksi sidosten mallinnukseen niin, että paperin lujuusominaisuudet voidaan luotettavasti ennustaa.

– Tekniikasta voi olla hyötyä myös muiden kuitumaisten materiaalien tutkimuksessa.
Erikoisosaaminen biologisissa sovelluksissa

Valtaosa mikrorobotiikkaa kehittävistä tutkimusryhmistä on keskittynyt mikroelektroniikan kokoonpanosovelluksiin. Tamperelaiset ovat alusta asti erottuneet valtavirrasta keskittymällä biologisiin sovelluksiin.

– Edistyneimmät ryhmät ovat muuallakin tuomassa järjestelmiin tekoälyä, joten tässä kilpailussa olemme hyvin mukana, Kallio arvioi.