Jyväskylän yliopisto mukana kehittämässä tekoälypohjaisia digitaalisia kaksosia kiertotalouden tueksi

Lokakuussa 2026 käynnistynyt AI-Multiscale Integration for Waste-to-Value Digital Twins (AIM) -hanke on yksi kahdeksasta Euroopan unionin rahoittamasta tutkimushankkeesta, jotka etsivät uusia ratkaisuja vaikeasti kierrätettävien jätteiden hyödyntämiseen. Hankkeen kokonaisbudjetti on lähes neljä miljoonaa euroa, ja sitä koordinoi Espanjan Katalonian kemiallisen tutkimuksen instituutti, ICIQ. 

AIM-hankkeella on erityinen rooli rahoitettujen hakkeiden joukossa, sillä se on ainoa mallintamiseen ja digitaalisiin kaksosiin keskittyvä hanke. Tekoälyn ja laskennallisten simulaatioiden avulla hankkeessa luodaan virtuaalisia malleja, jotka yhdistävät atomitasolla tapahtuvat prosessit kokonaisen makroskooppisen laitteen toimintaan. Mallien avulla voidaan ennustaa teknologioiden suorituskykyä, testata erilaisia materiaaleja ja käyttöolosuhteita sekä tunnistaa mahdollisia haasteita jo ennen fyysisiä kokeita. 

Tekoäly yhdistää atomitason ilmiöt ja teolliset prosessit 

Jätteiden hyödyntämiseen perustuvat teknologiat ovat monimutkaisia prosesseja, joissa tapahtuu samanaikaisesti ilmiöitä useilla eri aika- ja pituustasoilla. Kemialliset reaktiot tapahtuvat atomitasolla, samalla kun materiaalit muuttuvat ja kokonaiset prosessilaitteistot toimivat vaihtelevissa olosuhteissa. 

Perinteisesti näitä ilmiöitä on tutkittu ja mallinnettu erillään toisistaan. AIM-hankkeessa kehitettävien digitaalisten kaksosten avulla eri mittakaavat voidaan yhdistää samaan malliin tekoälyn ja edistyneen laskennallisen mallinnuksen avulla. 

Digitaalisten kaksosten avulla tutkijat voivat testata uusia ratkaisuja virtuaalisesti, vertailla erilaisia lähestymistapoja ja tunnistaa ongelmia jo ennen kokeellista työtä  tai prosessin skaalaamista. Tavoitteena on nopeuttaa tutkimusta, vähentää kehitystyön kustannuksia ja tukea tehokkaampien kiertotalousratkaisujen kehittämistä. 

Jyväskylän yliopisto kehittää hankkeen keskeisiä laskennallisia menetelmiä 

AIM-hanke on konsortio, jonka jäsenillä on toisiaan täydentävää osaamista. Jyväskylän yliopistolla on hankkeessa merkittävä rooli digitaalisten kaksosten perustana toimivien laskennallisten simulointimenetelmien kehittäjänä yhdessä saksalaisen Ruhrin yliopiston kanssa. 

Työtä johtaa Jyväskylän yliopiston professori Karoliina Honkala, jonka tutkimusryhmä tunnetaan kansainvälisesti laskennallisesta nanokatalyysitutkimuksesta. 

- Digitaaliset kaksoset tarjoavat täysin uudenlaisia mahdollisuuksia ymmärtää ja kehittää monimutkaisia kiertotalousprosesseja. Tavoitteena on yhdistää atomitason ilmiöt ja koko laitteen toiminta samaan yhtenäiseen malliin, jolloin voimme ennustaa teknologioiden toimintaa entistä tarkemmin jo ennen kokeellisia testejä, Honkala kertoo.  

Hankkeessa ovat Jyväskylän yliopistosta mukana myös yliopistonlehtori Marko Melander ja tutkijatohtori Xinwei Zhu. Jyväskylän yliopistossa tehtävä tutkimus vahvistaa yliopiston asemaa laskennallisen kemian, tekoälyn ja kestävän teknologian tutkimuksen kansainvälisessä kärjessä. 

- Hanke tarjoaa erinomaisen mahdollisuuden yhdistää Jyväskylän yliopiston vahva laskennallisen kemian osaaminen eurooppalaiseen huippututkimukseen. Samalla koulutamme uusia asiantuntijoita alalle, jossa tekoäly ja kestävät teknologiat kohtaavat, Melander toteaa. 

Ratkaisuja Euroopan vihreään siirtymään 

AIM-hanke tukee Euroopan vihreän siirtymän tavoitteita ja vastaa tarpeeseen vähentää riippuvuutta fossiilisista raaka-aineista. Tulevaisuudessa jätteet nähdään yhä enemmän arvokkaina raaka-aineina, mutta niiden hyödyntämistä vaikeuttavat materiaalien monimutkainen koostumus ja kierrätysprosessien haastavuus.