Atomitason ymmärrys materiaalista auttaa uusien tuotteiden kehittämisessä

Aalto-yliopisto sekä Kemira, Vaisala, Canatu, Elastopoli ja Damicon Kraa hyödyntävät molekyylimallitusta tutkimuksessa sekä innovaatioiden ja tuotteiden kehittämisessä Molecular Modelling in Industrial Research and Development (MM-IRD) -projektissa.

Molekyylimallitus on kemian osa-alue, jossa tutkijat selvittävät laskennallisilla menetelmillä, mitä kemiallisissa ilmiössä tapahtuu atomitasolla.

”Luomme Aallossa mallin, joka kuvaa tutkittavaa ilmiötä. Malli voi kertoa esimerkiksi, mitä tapahtuu, kun sensorimateriaali reagoi kaasumolekyylin kanssa. Visuaalisesta mallista yritykset näkevät, mitä atomitasolla käytännössä tapahtuu”, sanoo apulaisprofessori Antti Karttunen.

Mallintamista voidaan hyödyntää kahdella tavalla.

”Voimme selittää, mitä kokeellisessa havainnossa tapahtuu. Toiseksi voimme ennustaa mallin avulla, mitä laboratoriokokeissa tulee tapahtumaan.”

Molekyylimallitus säästää sekä aikaa että rahaa. Se on myös turvallista. Mallin avulla tuotekehittäjät voivat testata useita kymmeniä tai satoja eri materiaalivaihtoehtoja, ja sitten valita kaikkein parhaimmat ja lupaavimmat kokeelliseen työhön.

Lääketeollisuuden lisäksi Suomessa molekyylimallitusta ei ole juurikaan hyödynnetty tuotteiden kehittämisessä. Muualla maailmassa molekyylimallituksella on merkittävä rooli kemian- ja teknologiateollisuuden tuotekehityksessä. Jos suomalaiset yritykset hyödyntäisivät molekyylimallitusta systemaattisesti ja pitkäjänteisesti, niiden teollinen tuotekehitys tehostuisi. Samalla Suomeen voisi syntyä uusia merkittäviä liiketoimintamahdollisuuksia.

Uusia ja parempia tuotteita

Canatu on mukana hankkeessa kehittämässä seosaineita, jotka maksimoivat hiilinanonuppuverkon sähkönjohtavuuden kaikissa olosuhteissa.

“Hiilinanonuppumateriaalilla on lukuisia sovellusmahdollisuuksia laajasti eri toimialoilla. Äärimmäisestä sähkönjohtokyvystä on hyötyä muun muassa lämmityselementtisovelluksissa, joita Canatu kehittää autoteollisuuden tarpeisiin. Niillä varmistetaan mm. kuljettajaa avustavien ADAS -järjestelmien toimivuus kaikissa sääolosuhteissa”, kertoo teknologiajohtaja Ilkka Varjos.

Elastopoli Oy on kehittänyt omaa patentoitua biokomposiittiteknologiaansa vuodesta 2007.

”Molekyylimallituksen avulla tähdätään seuraavan sukupolven biokomposiittiin, jossa yhdistyvät materiaalin ominaisuuksien räätälöinti, ekologisuus ja prosessoitavuus, toimitusjohtaja Markku Nikkilä sanoo.

Kemira hakee hankkeesta tukea tuotekehitykseensä. ”Tavoitteenamme on mallintaa erilaisten tuoteominaisuuksien vaikutusta tuotteen toimivuuteen loppukäytössä. Uskomme, että tulevaisuudessa mallinnusta voidaan käyttää erilaisten seosten, liuosten ja dispersioiden tuotekehitysajan lyhentämiseen”, sanoo Annaleena Kokko, Manager R&D, Kemira.

Vaisala Oyj kehittää mittaustuotteita vaativiin sää-, ympäristö- ja teollisuussovelluksiin.

”Kehitämme jatkuvasti uusia mittausteknologioita, jotta pystymme tarjoamaan asiakkaillemme luotettavaa ja tarkkaa mittausdataa vaativissakin ympäristöissä. Molekyylimallinnus tarjoaa meille mahdollisuuden ymmärtää syvällisesti ilmiötä anturivasteen taustalla. Sitä kautta molekyylimallinnus avaa meille väyliä uusiin keksintöihin”, sanoo Vaisalan teollisten mittausten tuotteista ja järjestelmistä vastaava johtaja Liisa Åström.

Tammikuussa alkanutta MM-IRD-projektia rahoittaa Business Finland. Aalto-yliopistossa tehtävästä tutkimuksesta vastaavat Antti Karttusen, Maria Sammalkorven ja Kari Laasosen tutkimusryhmät.