suomalainen tutkimus

Millä kannattaa kulkea pääkaupunkiseudulla: met­rol­la, au­tol­la vai kau­pun­ki­pyö­räl­lä?

Pe, 06/29/2018 - 08:08 Toimitus
Liikennettä Helsingissä. Kuvat: Lauri Koponen ja Atte Koskimaa (flickr)

Suuret muutokset kaupunkirakenteessa ja liikennejärjestelmässä pääkaupunkiseudulla ovat saaneet aikaan sen, että eri paikkojen saavutettavuus on voimakkaassa muutoksessa. Uusi avoin ai­neis­to pal­jas­taa muu­tok­set jaa geoinformatiikka voi näyttää nopeimmat sekä kätevimmät tavat liikkua.

"Pääkaupunkiseudulla on valmistunut viimeisimpien vuosien aikana suuria liikennehankkeit", toteaa apulaisprofessori Tuuli Toivonen Helsingin yliopistosta.

"Kehärata aukesi kesällä 2015 ja Länsi-metro syksyllä 2017. Näiden lisäksi pyöräilyyn on panostettu paljon, ja Helsingissä ja Espoossa on otettu käyttöön kaupunkipyöräjärjestelmä. Myös pyöräilyinfrastruktuurin kehittämiseen on panostettu."

"Uudet tutkimuksemme paljastavat, kuinka nämä muutokset ovat vaikuttaneet matka-aikoihin eri kulkutavoilla paikkojen välillä", hän sanoo.

Toivonen vetää monitieteistä Kaupunkitutkimusinstituuttia, eli Digital Geography Labia Helsingin yliopistossa. Hän oli mukana Tiedetuubin Suorana labrasta twitterhankkeessa viime maaliskuussa ja kertoi viesteissään mm. miten sosiaalista mediaa ja matkapuhelinaineistoja louhimalla päästään aivan uudella tavalla tuottamaan uutta tietoa kestävien kaupunki- ja luonnonympäristöjen suunnitteluun.

Nyt julkistettu tuorein pääkaupunkiseudun matka-aikamatriisi perustuu yhdeksän vuoden aikana tehtyihin havaintoihin pääkaupunkiseudun saavutettavuudesta ja sen muutoksista. Vastaava on julkaistu aiemmin vuosina 2013 ja 2015.

Tutkimusryhmässä on kehitetty laskennallisia työkaluja saavutettavuuden arviointiin, ja matriisin aineisto kattaa tärkeimmät kulkutavat (auto, joukkoliikenne, pyörä, kävely) kahtena eri ajankohtana (aamuruuhka, keskipäivä). Työkalujen ja aineistojen avulla matka-aikoja eri kulkumuodoilla ja ajankohtina voidaan tarkastella vertailukelpoisesti alueellisessa mittakaavassa.

Laskentojen tekeminen ei olisi mahdollista ilman lukuisia tietoaineistoja. Suurin osa näistä on saatavilla täysin avoimesti, kiitos Suomen ja pääkaupunkiseudun kuntien avoimen datapolitiikan.

"Aikasarjojen tekemiseen tarvitaan saavutettavuustyökalujamme, mutta myös muita tietoaineistoja", kertoo Henrikki Tenkanen, joka on ollut vastuussa massiivisten laskentojen tekemisestä.

"Nämä koostuvat joukkoliikenneaikatauluista, autoilun nopeuksia sisältävistä GPS-mittauksista sekä tie- ja joukkoliikenneverkostosta. Pyöräilytietoa on saatu Strava-urheilusovelluksesta ja Helsingin kaupunkipyöräjärjestelmästä."

Tutkimuksesta julkaistiin juuri myös artikkeli Applied Geography -lehdessä: Dynamic Cities: Location-based accessibility modelling as a function of time.

Liikennettä pääkaupunkiseudulla

Pää­kau­pun­ki­seu­dun saa­vu­tet­ta­vuus­ra­ken­teet elä­vät jat­ku­vas­ti

Saavutettavuuden keskeisyysvertailut paljastavat kiinnostavia asioita saavutettavuuden rakenteista eri kulkutavoilla liikkuvien kannalta. Joukkoliikenteellä parhaiten saavutettavat alueet sijoittuvat keskustan tuntumaan. Viime vuosien joukkoliikenteen suuret hankkeet, kuten bussien poikittaislinjat ja kehärata, ovat siirtäneet joukkoliikenteen parhaan saavutettavuuden aluetta hieman aiempaa pohjoisemmaksi. Länsimetrolla on lopulta ollut vähän vaikutusta Lauttasaarta ja Otaniemeä lukuun ottamatta. Ne ovat nousseet keskeisimpien alueiden joukkoon aiempiin vertailuvuosiin nähden.

Autoilijan näkökulmasta keskeisimmät alueet ovat keskittyneet nopeiden kehäteiden varsille. Vertailu viiden vuoden takaiseen tilanteeseen osoittaa, että saavutettavuudeltaan parhaat alueet ovat siirtyneet pohjoisemmaksi. Tämä selittyy Helsingin päätöksellä laskea nopeusrajoituksia järjestelmällisesti erityisesti asuinalueilla sijaitsevien teiden osalta.

"Pyörän parhaiten saavutettavat alueet sijaitsevat pääkaupunkiseudun pyöräilyverkoston keskiosissa, koska pyöräilyä järjestelmällisesti hidastavia tekijöitä on vähän Helsingin keskusta-aluetta lukuun ottamatta", kertoo kaupunkipyöristä pro gradu -työtään viimeistelevä Elias Willberg.

Laaja pääkaupunkiseudun saavutettavuuden muutoksia kuvaava esitys on katsottavissa täältä.

Pyö­rä on kil­pai­lu­ky­kyi­nen kul­ku­vä­li­ne

Kulkutapavertailut paljastavat, että pyörä on erittäin kilpailukykyinen kulkuväline pääkaupunkiseudulla. Pyöräilyä tarkasteltiin nopean (keskinopeus 19 kmh) ja hitaan (keskinopeus 12 kmh) pyöräilijän näkökulmasta. Matka-ajassa mitattuna nopea pyöräilijä saavuttaa esimerkiksi rautatieaseman joukkoliikennettä nopeammin suurimmasta osaa kaupunkia lukuun ottamatta alueita, jotka ovat raideliikenneyhteyksien läheisyydessä.

Pyöräilyssä ei kuitenkaan otettu väsymysefektiä huomioon, joten vertailut pitkien matkojen takaa kuvastavatkin enemmänkin tilannetta, jossa käyttäjällä on sähköpyörä käytössään. Se mahdollistaa tasaisen nopeuden pitkienkin matkojen päähän", toteaa Henrikki Tenkanen.

Tiedot hitaasta pyöräilijästä, jonka keskinopeudet perustuvat kaupunkipyöräjärjestelmästä kerättyyn aineistoon, osoittavat, että pyörä on rautatieasemalle kulkiessa joukkoliikennettä nopeampi, tai yhtä nopea, suurin piirtein sillä alueella, johon kaupunkipyöräjärjestelmän kattavuus tällä hetkellä ulottuu.

Julkisen liikenteen ja autoilun vertailu taas paljastaa, että autoilu on pääosin joukkoliikennettä nopeampi kulkutapa kaikkina kolmena vertailuvuonna, 2013, 2015 ja 2018. Joukkoliikenne on autoilua nopeampi erityisesti raideliikenteen läheisyydessä. Metro- ja juna-asemat erottuvat aineisosta selkeästi, ja niiden läheisyydestä Helsingin päärautatieaseman saavuttaa autoa nopeammin.

Ai­neis­tot ja me­ne­tel­mät hyö­ty­käy­tös­sä

Tutkimusryhmän avoimet saavutettavuusaineistot sekä menetelmät ovat olleet aktiivisesti käytössä niin kaupunkisuunnittelussa kuin yritystoiminnassa.

"Menetelmien avoin julkaiseminen on yhä tavallisempaa, sillä muiden muassa yritykset ovat huomanneet avoimuudesta olevan enemmän hyötyä kuin haittaa liiketoiminnalle", selittää tutkimusryhmässä pro graduaan tekevä ja uusia saavutettavuustyökaluja kehittänyt Jeison Londoño.

Helsingin ja Espoon kaupunkisuunnittelijat ovat käyttäneet työkaluja aktiivisesti uusien liikenneinvestointien vaikutusten arviointiin, ja aineistot on liitetty myös osaksi kaupunkien asukkailleen tarjoamia verkkopohjaisia karttapalveluita. Myös pääkaupunkiseudulla toimivat yritykset ovat käyttäneet aineistoa aktiivisesti kauppapaikkojen suunnittelun tukena.

Avoimiin saavutettavuusaineistoihin sekä menetelmiin kohdistuva kysyntä on innoittanut yliopiston Digital Geography Labin nuoria tutkijoita myös liiketoimintaan.

"Perustamamme Mapple keskittyy saavutettavuuteen ja liikkumiseen liittyvien analytiikkapalvelujen sekä rajapintojen tarjoamiseen eri toimijoille. Jännittävä nähdä, kuinka pitkälle avoimuudella pääsee yritysmaailmassa", pohtii Tenkanen, joka on yksi yrityksen perustajajäsenistä.

Pääkaupunkiseudun saavutettavuutta voi tarkastella eri vuosina kätevästi interaktiiviselta Mapplen tarjoamalta kartalta.

*

Juttu on lähes sellaisenaan Helsingin yliopiston lähettämä tiedote.

Kuvat (via flickr): Atte Koskimaa (vas.) ja Lauri Koponen (oik.).

Uudenlainen kirurgin älyveitsi tunnistaa leikattavan kudoksen

Pe, 05/04/2018 - 15:45 Toimitus

Syöpäkirurgiassa kasvain pyritään poistamaan kerralla ja mahdollisimman täydellisesti. Kasvaimen rajojen tunnistaminen silmämääräisesti ei kuitenkaan ole helppoa. Apuun tulee nyt uudenlainen älykäs kirurgin veitsi.

​Maailmassa arviolta joka viidennelle rinta- tai eturauhassyövän vuoksi leikatulle potilaalle jää kasvainkudosta leikkausalueen reunoille. Se vaikuttaa huomattavasti potilaan sairauden ennusteeseen ja edellyttää yleensä lisätoimia.

Rintasyövän tapauksessa se vaatii yleensä koko rinnan poistoa. Vastaavia haasteita on esimerkiksi infektoituneiden haavojen puhdistuksessa, joissa kudospoistoon ei ole mitään objektiivisia työkaluja. Leikkauksessa syntyvän savun analysointi auttaa parantaman tarkkuutta, selviää Anton Kontusen tutkimuksessa.

Tutkimusartikkeli ilmestyi juuri Annals of Biomedical Engineering -lehdessä.

Diatermiaa eli sähköveistä käytetään nykyisin valtaosassa kirurgisia toimenpiteitä. Veitsi leikkaa kudosta valokaarella, jolloin kudos höyrystyy ja sen sisältämät aineet haihtuvat kirjaimellisesti "savuna ilmaan".

Menetelmän haittapuoli on se, että savun sisältämät pienhiukkaset ovat terveydelle haitallisia. Savua imetäänkin leikkausalueelta erityisellä savuimurilla. Suomalaisideana on käyttää savua myös hyödyksi.

"Savun sisältämät pienhiukkaset ovat vain yksi savun komponentti", selittää väitöskirjaa Tampereen teknilllisessä yliopistossa tekevä Kontunen.

"Savukaasu sisältää myös pieniä haihtuvia molekyylejä, joiden perusteella käsiteltävästä kudoksesta saadaan hyvin tarkkaa tietoa."

Nyt julkaistussa tutkimuksessa leikattiin diatermiaa käyttäen kymmentä eri sian kudosta. Kudoksista haihtuva savukaasu analysoitiin differentiaalimobiliteettispektrometrilla.

"Kudokset erottuivat tilastollisilla luokittelumenetelmillä 95 prosentin varmuudella", Kontunen sanoo. 

Aiemmissa tutkimuksissa savukaasun sisältämiä molekyylejä on tutkittu massaspektrometrilla, joka on kallis molekyyleja tyhjiössä analysoiva laite.

Tampereella on tutkittu haihtuvia molekyylejä jo vuosien ajan ionimobiliteettispektrometrian keinoin. Menetelmä on sukua massaspektrometrialle, mutta ei vaadi tyhjiötä ja on siten huomattavasti halvempi ja toimintavarmempi. Ionimobiliteettispektrometreja on käytetty kymmeniä vuosia sovelluksissa, joissa toimintavarmuus on ensiarvoisen tärkeää.

Erittäin lupaavien tulosten myötä tutkimusta on sovellettu etenkin syöpähoidoissa.

"Olemme noin vuoden ajan analysoineet ihmisistä poistettuja syöpäkasvaimia ja näyttää siltä, että samankaltaiseen suorituskykyyn on mahdollista päästä myös niissä", kertoo kirurgian professori ja tutkimusryhmän johtaja Niku Oksala Tampereen yliopistosta.

"Uskon vahvasti, että tulevaisuudessa teknologia tulee auttamaan potilaita ja kirurgien päivittäistä työtä."

Tutkimus toteutettiin Tampereen yliopiston ja Tampereen teknillisen yliopiston yhteistyönä.

Lupaavien tulosten innoittamana aiheen ympärille on perustettu startup-yritys Olfactomics, joka kaupallistaa tekniikkaa.

*

Juttu perustuu Tampereen teknillisen yliopiston tiedotteeseen. Otsikkokuva on kuvakaappaus Olfactomicsin videolta.

Mahtavaa: aurinkokennojen elinikä voidaan jopa kymmenkertaistaa

To, 04/12/2018 - 15:36 Toimitus
Uusia aurinkokennoja ihmetellään. Kuva: Valeriya Azovskaya, Aalto Materials Platform

Aurinkosähkö kasvattaa osuuttaan maailman sähköntuotannossa kovaa vauhtia. Uusia materiaaleja etsitään koko ajan, mutta yhtä lailla olisi tärkeää pidentää kennojen käyttöikää; nyt osa niistä menettää hyötysuhdettaan varsin nopeasti, mikä tekee investoimisesta aurinkokennoihin vähemmän kannattavaa. Suomalaistutkimus haluaakin parantaa kennojen ikääntymisen mittaamista.

Otsikkokuvassa Kati Miettunen (vas.) ja Armi Tiihonen (oik.) tutkivat tuoreita väriainekennoja ikääntymistesteihin käytetyllä ja kameramittauksiin soveltuvalla kennoalustalla.

Heistä Tiihonen väitteli Aalto-yliopistolla 6.4.2018 uudenlaisten väriaineherkistettyjen ja perovskiittiaurinkokennojen ikääntymiseen liittyvistä tekijöistä. Väitöskirjassa on kehitetty keinoja aurinkokennojen eliniän lisäämiseen sekä esitetty, miten ikääntymistestejä voisi parantaa.

Perovskiittiaurinkokennoissa on valoa sieppaavana osana kiderakenne, joka koostuu perovskiitista, kalsiumtitanaattia sisältävästä mineraalista. Perovskiittia sisältävät aurinkokennot ovat hyvin lupaavia, koska niillä on saavutettu jopa yli  20 prosentin hyötysuhteita. 

Ne ovat tällä haavaa varsin kalliita, mutta niistä on mahdollista kehittäää hyvinkin edullisia versioita tulevaisuudessa.

Korkeampi hinta ei myöskään haittaisi niin paljoa, jos tuore suomalaistutkimus auttaisi osaltaan pidentämään kennojen ikää kenties jopa kymmenkertaiseksi.

”Perovskiittiaurinkokennoja ei ole aikaisemmin tutkittu nopealla, matalan kynnyksen valokuvausmenetelmällä", kertoo Tiihonen.

"Menetelmällä havaittiin jo vähäinenkin perovskiitin hajoaminen, minkä vuoksi valokuvaus voi joissain tapauksissa korvata sitä perusteellisemman ja työläämmän röntgenkristallografiamittauksen.”

Röntgenkristallografiamittauksen ajankohta voidaan valita valokuvaustulosten perusteella.

Jos kuvaamalla ei havaita muutoksia kennoissa, niiden röntgenkristallografiamittausta voi lykätä. Valokuvaamalla voi myös saada jopa luotettavamman tuloksen kuin esimerkiksi optisilla mittauslaitteilla.

Menetelmä perustuu värimuutoksiin, joita ikääntyminen usein aiheuttaa kennossa. Esimerkiksi väriainekennoissa, joissa on voimakkaan keltaista jodia sisältävää elektrolyyttiä, ikääntyminen muuttaa elektrolyyttiä läpinäkyvämmäksi.

Samoin perovskiittikennoissa tumman perovskiitin hajoaminen muuttaa kennoa keltaisemmaksi. Kun muutokset mitataan, ikääntymistä voidaan seurata kvantitatiivisesti.

Valokuvaus voi olla hyödyllistä molempien aurinkokennotyyppien teollisessa tuotannossa, koska kuvaamalla havaitaan kennojen ikääntymismuutokset nopeasti ja edullisesti.

Kennojen ikääntyminen pitää ymmärtää paremmin

Väitöstyössä on analysoitu laajasti perovskiitti- ja väriaineherkistettyjen aurinkokennojen ikääntymistestejä, joissa ilmeni vakavia puutteita. Tutkimus sisältää myös keinoja kasvattaa kennojen elinikää hidastamalla elektrolyytin vaalenemista.

”Ikääntymismekanismin ymmärtäminen on erittäin tärkeää. Kennorakennetta ja elektrolyyttiä muokkaamalla olemme pystyneet jopa kymmenkertaistamaan aurinkokennojen eliniän”, painottaa dosentti Kati Miettunen.

Tutkimuksessa vertailtiin jodi- ja kobolttielektrolyyttejä, ja havaittiin ikääntymisen hidastuvan varauksenkuljettajaa vaihtamalla. Jodielektrolyytit eivät olekaan kobolttia kestävämpiä, kuten on uskottu.

”Tutkimme ympäristötekijöiden vaikutusta elektrolyytin vaalenemiseen ja kennojen ikääntymiseen. Epäpuhtauksien, kuten veden, vähentäminen tai UV-valon suodattaminen ovat tärkeitä, mutta niistä saatu hyöty jäi oletettua pienemmäksi”, lisää Tiihonen.

Väriainekennoilla on laajat sovellusmahdollisuudet, sillä niitä voidaan tehdä monista eri materiaaliyhdistelmistä ja useissa väreissä.

Perovskiittikennot taas herättävät innostusta nopean kehityksensä vuoksi: niiden hyötysuhde on vuosikymmenessä jo lähes kymmenkertaistunut hieman yli 20 prosenttiin. 

Kun ja jos laadukkaammilla ikääntymistesteillä voisi vielä pidentää perovskiitti- ja väriainekennojen elinikää olennaisesti, saataisiin niistä hyviä ja edullisia vaihtoehtoja perinteisille aurinkokennoille.

*

Juttu perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen. Kuva: Valeriya Azovskaya, Aalto Materials Platform.

Jyväskyläläistutkija tietää epigeneettisen kellon – se kertoo, oletko ikäistäsi vanhempi

Ke, 04/11/2018 - 18:10 Toimitus
Nuori ja vanha nainen Kuva:flickr/Candace

Biologinen ikääntyminen etenee yksilöllisesti. Tuoreessa tutkimuksessa havaittiin ikääntyviä naiskaksosia tutkimalla yhteisen perimän ja jaettujen ympäristötekijöiden suuri vaikutus biologiseen ikään.

Elinikää ja ikääntymiseen liittyviä sairauksia selittävät perintötekijät, joiden vaikutus muokkaantuu lukuisten fyysiseen ja sosiaaliseen ympäristöön ja elämäntapoihin liittyvien tekijöiden vaikutuksesta. 

Jyväskylän ja Helsingin yliopistoissa tehdyssä tutkimuksessa biologista ikääntymistä mitattiin kahden modernin markkerin avulla: kromosomien päissä olevien telomeeriketjujen pituus kertoo solujen elinvoimasta ja eletyn elämän aiheuttamasta kulutuksesta.

Epigeneettinen kello puolestaan on algoritmi, joka laskee epigeneettisen iän tiettyihin DNA-kohtiin liittyneiden metyyliryhmien perusteella.

Tiedetään, että sekä telomeeripituuden että epigeneettisen kellon mukaan kalenteri-ikäänsä vanhempi ihminen on muita suuremmassa riskissä kuolla ennenaikaisesti.

Huolimatta samankaltaisista yhteyksistä kuolleisuuteen nämä biologisen iän markkerit kuvaavat erilaisia ikääntymiseen liittyviä mekanismeja.

Epigeneettinen ikä on yhteydessä lihasvoiman heikkenemiseen

Tutkimuksessa kartoitettiin ikääntyvillä naiskaksosilla telomeeripituuden ja epigeneeettisen iän yhteyttä laboratoriossa mitattuun kehon koostumukseen, lihasvoimaan ja kävelykykyyn.

Identtisillä kaksospareilla telomeeripituus ja epigeneettinen ikä olivat hyvin samankaltaisia. Tämä kuvastaa yhteisen perimän ja jaettujen ympäristötekijöiden suurta vaikutusta biologiseen ikään. Telomeeripituus ei ollut yhteydessä tutkittuihin muuttujiin, mutta epigeneettinen ikä oli yhteydessä käden puristusvoimaan.

Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että juuri puristusvoima ennustaa sairastavuutta ja kuolleisuutta. Nyt saadut tulokset vahvistavat käsitystä siitä, että epigeneettinen ikä on biologisen iän markkeri.

Lisätutkimusta tarvitaan sen selvittämiseksi, onko DNA:n metyloituminen, jonka perusteella epigeneettinen ikä lasketaan, ikääntymisen syy vai seuraus ja voidaanko siihen jollakin keinoin vaikuttaa.

"Biologisen iän luotettava mittaaminen voisi olla apuna tunnistettaessa ihmisiä, jotka ovat erityisessä riskissä sairastua ja kuolla ennenaikaisesti", yliopistotutkija Elina Sillanpää kuvailee.

"Sen avulla voitaisiin tutkia erilaisten ympäristötekijöiden vaikutusta ihmisen ikääntymisen etenemiseen jo eliniän aikana sekä kehittää terapioita, joilla voidaan vaikuttaa ikääntymisprosessiin ja siten useisiin toiminnanvajavuuksiin ja sairauksiin."

Artikkeli, missä Sillanpää on ensimmäinen kirjoittajista, julkaistiin BMC Geriatrics -lehdessä: Biological clocks and physical functioning in monozygotic female twins. Artikkeli on vapaasi kaikkien luettavissa.

Tutkimus tehtiin yhteistyössä Jyväskylän ja Tampereen yliopistojen yhteisen Gerontologian tutkimuskeskuksen ja Suomen molekyylilääketieteen instituutin kanssa.

*

Juttu perustuu Jyväskylän yliopiston tiedotteeseen. Otsikkokuva: flickr/Candace.

Tutkijat saivat selville mikä erottaa nopeat ja hitaat kirjoittajat toisistaan

Ma, 04/09/2018 - 12:02 Toimitus
Kirjoittamista. Kuva: flickr / Chris Blakeley

168 000 koehenkilöä testasi kirjoitusvauhtinsa tutkijoiden kehittämällä verkkotestillä. Nopeimpia näppäilijöitä yhdisti mm. pianon soittamista muistuttava painallustekniikka. Voit tehdä myös itse testin!

Aalto-yliopiston ja Cambridgen yliopiston tutkimukseen osallistui vapaaehtoisia yli 200 eri maasta. Selvästi suurin osa, 68 prosenttia, oli Yhdysvalloista.

Enemmistö osallistujista oli nuoria ja rutinoituneita näppäimistön käyttäjiä, ja noin 70 prosenttia oli osallistunut kirjoitustekniikan kursseille.

Keskimäärin osallistujat kirjoittivat 52 englanninkielistä sanaa minuutissa. Hajonta oli kuitenkin erittäin suurta.

”Nopeimmat koehenkilöt ylsivät 120 sanaan minuutissa. Se on mahtava tulos, kun ottaa huomioon, että koe tehtiin kontrolloidusti ja satunnaislauseilla”, sanoo professori Antti Oulasvirta.

Nopeimmat kirjoittajat tekivät vähiten virheitä, mutta tutkijat havaitsivat datan perusteella myös toisen yhdistävän tekijän: pianon soittamista muistuttavan painallustekniikan, jossa kirjoittaja painaa seuraavaa näppäintä jo ennen, kuin nostaa sormen ylös edelliseltä.

Tekniikka on suosittu peliharrastajien keskuudessa, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun tutkimuksessa on havaittu sitä hyödynnettävän myös kirjoittamisessa.

”Nopeista kirjoittajista 40–70 prosenttia hyödynsi rolloveriksi kutsumaamme tekniikkaa riippumatta siitä, kirjoittivatko he kosketusnäytöllä vai fyysisellä näppäimistöllä. Rollover toimii vain tiheään toistuvilla kirjainyhdistelmillä ja edellyttää, että käyttäjä osaa kirjoittaa katsomatta sormiaan”, tohtorikoulutettava Anna Feit sanoo.

Nopeuteen ei tarvita kymmentä sormea – tai edes kirjoituskursseja

Suurin osa koneella kirjoittamista koskevasta tutkimuksesta on peräisin kirjoituskoneiden aikakaudelta. 70- ja 80-luvuilla ammattikirjoittajat ylsivät 60–90 sanaan minuutissa. Kirjoituskoneella tehdyt virheet olivat yleensä tuplalyöntejä tai kirjainten väliin jäämisiä, kun taas näppäimistöllä tai kosketusnäytöllä kirjoittaessa tyypillinen virhe on väärän kirjaimen painaminen. Nykyisin kirjoittajien tekniikoissa on myös enemmän vaihtelua.

“Nykyisillä näppäimistöillä painallukseen vaaditaan paljon vähemmän fyysistä voimaa kuin kirjoituskoneella kirjoittaessa. Siksi itseoppineet kirjoittajat voivat olla todella nopeita, vaikkeivat hyödyntäisi perinteistä kymmensormitekniikkaa”, Feit selittää.

Tutkijat havaitsivat myös, ettei kursseilla käyneiden ja itseoppineiden välillä ollut juurikaan eroja nopeudessa tai virheiden määrässä. Tulos vahvistaa aiemmat tutkimukset, joiden mukaan itseoppineet löytävät itselleen sopivimmat kirjoitustavat ja kursseja käyneet taas unohtavat osan oppimastaan.

Tutkimukseen osallistuneet vapaaehtoiset antoivat ennen testin tekemistä luvan anonyymiksi muutetun datan hyödyntämiseen.

”Tällaiset joukkoistamista hyödyntävät kokeet antavat meille tietoa ihmisen ja koneen vuorovaikutuksesta todella suuressa mittakaavassa ja ovat siksi välttämättömiä, kun mietitään tulevaisuuden käyttöliittymien suunnitteluperiaatteita”, sanoo professori Per Ola Kristensson Cambridgen yliopistosta.

Vaaka-akseli kuvaa minuutissa kirjoitettujen sanojen määrää, pystyakseli koehenkilöiden määrää. Kokeeseen osallistuneiden keskimääräinen kirjoitusnopeus oli 52 sanaa minuutissa. Suomen kielessä sanojen keskipituus on selvästi pidempi kuin englannissa, joten tulosta ei voida suoraan verrata suomen kielellä tehtyihin testeihin.

 

Näin kirjoitat nopeammin

Tohtorikoulutettava Anna Feit kertoo, miten kirjoittaminen onnistuu nopeammin:

  • Virheiden korjaaminen on hidasta, eli vältä niitä. Kirjoita heti oikein ja vähän – hitaammin  se on lopulta nopeampaa.
  • Opettele kirjoittamaan niin, ettei sinun tarvitse katsoa sormiisi. Motorinen järjestelmäsi oppii pian muodostamaan yleisimmistä kirjainyhdistelmistä nopeita ”trillejä”, mikä vauhdittaa kirjoittamista. Katseen pitäminen näytössä tekee myös virheiden korjaamisesta nopeampaa.
  • Harjoittele rolloveria. Käytä eri sormia kahdelle eri kirjaimelle sen sijaan, että liikuttaisit samaa sormea näppäinten välillä, ja paina seuraavan kirjaimen näppäintä jo ennen kuin nostat edellisen ylös.
  • Tee välillä kirjoittamistesti verkossa, se auttaa sinua seuraamaan edistymistäsi ja huomaamaan, missä sinulla on parantamisen varaa. Varmista, että testissä käytetään aina uusia lauseita – näin et harjoittele turhaan samoilla teksteillä.

Tutkimus tehtiin yhteistyössä TypingMaster.com:n kanssa.

Data on saatavissa tutkimuskäyttöön osoitteesta userinterfaces.aalto.fi/136Mkeystrokes/

Kirjoitusnopeutensa voi testata osoitteessa typingmaster.research.netlab.hut.fi/

*

Juttu on Aalto-yliopiston tiedote. Otsikkuva: flickr / Chris Blakeley.

Tätä on odotettu: Pikatesti, joka tunnistaa borrelioosin nopeasti

To, 03/29/2018 - 15:49 Toimitus

Hyvä uutinen ennen kesää: Suomessa on kehitetty uusi tutkimustietoon perustuva pikatesti puutiaisten aiheuttaman borrelioosin tunnistamiseen. Testin avulla antibioottihoito voidaan aloittaa borrelioosipotilaiden kohdalla nopeasti, mikä vähentää tautiin liittyviä jälkioireita. Samalla vältytään tarpeettomilta antibioottihoidoilta.
 

Lymen neuroborrelioosi eli keskushermoston borreliainfektio diagnosoidaan infektioon viittaavien oireiden, aivoselkäydinnesteestä tehtävien laboratoriotutkimusten ja immuunipuolustuksen aktivoitumisen myötä syntyneiden vasta-aineiden tunnistamisen avulla. 

Suomalainen yritys Reagena on nyt kehittänyt näiden menetelmien rinnalle uuden pikatestin, joka nopeuttaa diagnostiikkaa ja auttaa kohdentamaan antibioottihoidon sitä tarvitseville.

Testin idean kehitti Turun yliopiston bakteeriopin apulaisprofessori, erikoislääkäri Jukka Hytönen, jonka tutkimusryhmä myös osoitti testin toimivuuden.

Uusi pikatesti mittaa aivoselkäydinnesteen CXCL13-pitoisuuksia, sillä korkea CXCL13-pitoisuus liittyy lähes yksinomaan hoitamattomaan borrelioosiin.

Aivoselkäydinnesteestä määritettävä CXCL13-kemokiini onkin uusi tärkeä merkkiaine borrelioosin diagnostiikkaan. CXCL13-pitoisuus nousee borrelioosin alussa nopeammin kuin aivoselkäydinnesteen vasta-ainepitoisuus ja toisaalta se laskee nopeasti antibioottihoidon myötä.  

"Olemme osoittaneet, että pikatesti toimii erinomaisesti", Hytönen sanoo. 

"Tähän perustuen ehdotamme, että borrelioosin diagnostiikkaa uudistettaisiin siten, että CXCL13-pitoisuusmittaus tehtäisiin heti aivoselkäydinnestenäytteen oton jälkeen. Nykyään käytäntö on ollut, että mittaus on tehty vasta päivien kuluttua, mutta uudella pikatestillä se on mahdollista tehdä nopeasti."

Uuden testin avulla antibioottihoito voidaan kohdentaa niille potilaille, joilla on ilmeinen borrelioosi. Hytösen mukaan tärkeä huomio on, että ripeästi aloitettu hoito vähentää borrelioosiin liittyvää jälkioireilua.

Samalla vältytään tarpeettomilta, varmuuden vuoksi aloitetuilta hoidoilta, mikä on oleellista antibioottihoitoihin liittyvien haittojen minimoimiseksi ja bakteerien antibioottiresistenssin kehittymisen estämiseksi.

Pikatestin tuloksen saaminen kestää noin 20 minuuttia.

Testilaite Reagenan mainoskuvassa.
Testilaite Reagenan mainoskuvassa.

Nykyään lääkäri tekee usein päätöksen antibioottikuurista ilman tuloksia

Borrelioosin taudinkuvat vaihtelevat paikallisesta ihoinfektiosta keskushermoston, nivelten tai sydämen infektioihin. Puutiaisen puremakohdan ympärille kehittyvä tyypillinen laajeneva ja punoittava ihottuma tulee aina hoitaa antibioottilääkityksellä ilman laboratoriotutkimuksia. 

"Jos borrelioosin alkuvaiheen ihottuma jää kehittymättä tai huomaamatta esimerkiksi sen sijainnin takia, infektio saattaa levitä iholta muihin elimiin. Levinneen taudin oireita voivat olla esimerkiksi moninaiset neurologiset oireet, kuten kasvohermohalvaus ja erilaiset raajojen ja vartalon alueen kiputilat."

Lymen neuroborrelioosin diagnoosi on aina perustaltaan kliininen, eli potilaan kokemaan oireistoon ja lääkärin toteamiin löydöksiin perustuva, mutta diagnostiikan tukena tarvitaan laboratoriokokeita. Borrelioosin osoittamiseksi tehtävistä laboratoriotutkimuksista tärkein on tällä hetkellä borreliavasta-aineiden mittaaminen potilaan verestä ja aivoselkäydinnesteestä.  

"Vasta-aineet syntyvät, kun ihmisen immuunipuolustus aktivoituu elimistöön tunkeutuvaa borreliabakteeria vastaan", selittää Hytönen.

"Tulosten saaminen kestää kuitenkin tällä menetelmällä nopeimmillaankin useita päiviä, jolloin potilasta hoitava lääkäri joutuu usein tekemään päätöksen antibioottihoidon aloittamisesta ilman tätä tietoa."

*

Juttu on käytännössä suoraan kopiopitu Turun yliopiston tiedote.

Uusi palvelu tietää, millaista ilmaa hengität hetken päästä

La, 03/10/2018 - 23:16 Toimitus
Auto takaa

Pääkaupunkiseudulle on kehitetty uusi reaaliaikainen kartta, joka kertoo, millaista ilmaa hengität juuri nyt ulkona. Kartta myös ennustaa, miten ilmanlaatu muuttuu lähituntien aikana. Kartta on saatavilla Helsingin seudun ympäristöpalvelujen verkkosivuilta osoitteesta hsy.fi/ilmanlaatukartta.

 

Pääkaupunkiseudulla – kuten muuallakin Suomessa – mitataan jatkuvasti ilman laatua. Tutkimusmielessä ilmanlaatua on voitu jo aikaisemmin mallintaa tietokoneilla ja siten myös ennustaa tilanteen kehittymistä lähitulevaisuudessa perustuen säätilaan, saastepitoisuuksiin ja tilastoihin menneestä, mutta nyt tästä mallista on tehty yleisön käyttöön sopiva palvelu.

Pääkaupunkiseudun ilmanlaatukartta kertoo senhetkisen ilmanlaadun ja ennustaa lähituntien ilmanlaatutilanteen esimerkiksi oman kodin läheisyydessä tai vaikkapa työmatkan varrella.

"Uuden ilmanlaatukartan saa näppärästi myös omaan puhelimeen ja siitä voi tarkistaa ilmanlaadun liikkuessaan kaupungilla", kertoo ilmansuojeluasiantuntija Anu Kousa Helsingin seudun ympäristöpalveluista. 

"Osoitteesta hsy.fi/ilmanlaatukartta voi katsoa, miltä ilmanlaatu näyttää seuraavan noin kahdentoista tunnin aikana. Ennustetta voi hyödyntää esimerkiksi valitessaan pyöräilyreittiä työmatkalleen."

lmanlaatukartta yhdistää mittaukset, sään, päästöt ja maankäytön

HSY:n ilmanlaatukartassa visualisoidaan Ilmatieteen laitoksen kehittämän mallin tuloksia. Malli hyödyntää ilmanlaadun mittauksia sekä ottaa huomioon mm. sään, maastonmuodot, liikennemäärät, ilmansaasteiden kaukokulkeuman ja puunpolton päästöarviot.

"Uudenlaisessa reaaliaikaisessa ENFUSER-ilmanlaatumallissa yhdistetään ilmanlaadun mittaukset maankäyttö- ja säätietoihin. Lisäksi hyödynnetään perinteistä leviämislaskentaa. Mallin avulla saadaan laskettua ilmanlaatutiedot tunti tunnilta 12 x 12 metrin tarkkuudella", tutkija Lasse Johansson Ilmatieteen laitokselta kertoo.

"Uusi yhteistyössä kehitetty ilmanlaatukartta täydentää HSY:n ilmanlaatumittausten tuloksia pääkaupunkiseudulla. Tämän avulla asukkaat voivat vähentää altistumistaan ilmansaasteille. Saasteille ovat erityisen herkkiä hengitys- ja sydänsairaat, iäkkäät sekä pienet lapset", ilmansuojeluyksikön päällikkö Maria Myllynen HSY:stä sanoo.

Uuden kartan lisäksi HSY:llä on edelleen käytössä mittauksiin perustuva reaaliaikainen kartta ilmanlaadusta, joka löytyy osoitteesta hsy.fi/ilmanlaatu.

Kuvaruutukopio kartasta

Ilmanlaatukartan kehittäminen jatkuu

Ilmanlaatukarttaa kehitetään edelleen, koska esimerkiksi katupölykausi on haastavaa mallintamiselle.

Mallintamiseen saadaan tarkimmat tiedot liikenteen pakokaasuista, mutta katupölyn ja puunpolton päästötiedot ovat epävarmempia. Siten kartta voi jossain tapauksissa näyttää ilmanlaadun selvästi paikoittain paremmaksi tai huonommaksi kuin se todellisuudessa on. Kartan kehittämiseksi toivotaan käyttäjäkokemuksia myös asukkailta.

Ilmanlaatukarttaa on kehitetty Helsinki Metropolitan Air Quality Testbed (HAQT) - ja Services for effective decision making and environmental resilience (CITYZER) -hankkeissa, joiden koordinaattorina toimii Ilmatieteen laitos. Hankkeissa on mukana HSY, Haaga-Helia, Helsingin yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto, CLIC Innovation, Smart & Clean -säätiö sekä Emtele, Pegasor Oy, Sasken ja Vaisala Oyj.

CITYZER-hanke on saanut Tekes-rahoitusta Teollinen internet -ohjelmasta. HAQT-hanke on pääkaupunkiseudun kasvusopimuksen mukainen Smart & Clean -hanke. Se saa Uudenmaan liiton myöntämää valtion AIKO-rahoitusta alueellisten innovaatioiden ja kokeilujen käynnistämiseen. Hanke toteuttaa Uudenmaan älykkään erikoistumisen strategiaa.

*

Tämä juttu perustuu Ilmatieteen laitoksen tiedotteeseen.

Todella outoa: laservalo syntyy kaaoksesta

To, 03/08/2018 - 23:49 Toimitus

Ultralyhyen laserpulssin syntyhetki on pystytty havaitsemaan ensimmäistä kertaa – ja tulos on hyvin jännä. Tampereen teknillisen yliopiston fotoniikan tutkijat olivat mukana hankkeessa, jonka tulokset julkaistiin juuri Nature Photonics -lehdessä.

Ultralyhyen aallonpituuden laserit ovat kriittisiä komponentteja muun muassa monissa tietoliikenteen ja teollisen tuotannon prosesseissa.

Niiden kehittäminen on johtanut fysiikan Nobelin palkintoihin, mutta siitä huolimatta niiden synty on silti yhä edelleen arvoitus: miten ihmeessä laser kykenee tuottamaan niin kirkkaan valonvälähdyksen?

Asiaa on tutkittu jo 1960-luvulta alkaen. Silti vasta nyt on ollut tullut mahdolliseksi todistaa laserpulssin syntyhetki ja nähdä kuinka se muodostuu kohinasta.

"Ultralyhyiden laserien tutkiminen on haasteellista, koska ne tuottavat tyypillisesti enintään pikosekunnin mittaisia pulsseja", kertoo professori Goëry Genty, joka valvoi tutkimusta Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) fotoniikan laboratoriossa.

"Optiset mittaustekniikat eivät ole kyenneet mittaamaan laserin vakaantumista edeltäviä monimutkaisia dynaamisia prosesseja ja ultralyhyiden pulssien satoja (joskus tuhansia) purkauksia." 

Tuoreessa Nature Photonics -lehdessä julkaistu tutkimus näyttää selvästi, kuinka laserpulssi kehittyy kohinasta kuin tyhjästä ja värähtelee voimakkaasti ennen vakaantumistaan. Tulokset tuottavat uutta tietoa laserpulssien toiminnasta ja niillä on vahvaa tieteidenvälistä sovellettavuutta.

"Kyseessä on esimerkki ns. dissipatiivisesta solitonijärjestelmästä, joka on yksi epälineaarisen tieteen peruskäsitteistä ja jota voidaan soveltaa muun muassa biologian, lääketieteen ja ehkä jopa yhteiskuntatieteiden alueilla", sanoo professori John M. Dudley, joka ohjasi tätä ranskalaisessa Bourgogne-Franche-Comtén yliopistossa tehtyä tutkimustyötä.  

Erityinen tieteellinen edistysaskel, joka mahdollisti kyseisen tutkimuksen, on laserin ajallisen intensiteetin reaaliaikainen mittaus alle pikosekunnin tarkkuudella sekä laserin spektrin mittaaminen alle nanometrin tarkkuudella.

Tarkkailemalla näitä ominaisuuksia samanaikaisesti tutkijat onnistuivat kehittämään edistyneen laskennallisen algoritmin, joka tunnistaa laserin sähkömagneettisen kentän ominaisuudet.

Professori Goëry Genty työskentelee Tampereen teknillisessä yliopistossa fotoniikan laboratoriossa.
Professori Goëry Genty kuvattuna Tampereen teknillisen yliopiston fotoniikan laboratoriossa.

 

Ryhmään kului tutkijoita Tampereen teknillisen yliopiston fotoniikan laboratoriosta ja ranskalaisesta FEMTO-ST –instituutista (CNRS ja Bourgogne-Franche-Comtén yliopisto). Kun tutkijat rekonstruoivat sähkömagneettisen kentän syntymistä, he havaitsivat kohinasta laajaa vuorovaikutusta dissipatiivisten solitonijärjestelmien välillä.

"Käytimme tutkimusmenetelmää, joka toimii alhaisilla tehotasoilla ja korkeissa nopeuksissa. Ryhmämme todisti ensimmäistä kertaa muun muassa dissipatiivisten solitonien välisiä törmäyksiä ja yhteensulautumisia", Genty selittää.

Tutkijat uskovat, että tulokset parantavat ultralyhyiden lasereiden suunnittelua ja suorituskykyä.

"Tämä on kiehtova tutkimusalue, jossa perustutkimuksesta lähtevillä kysymyksillä on todellista käytännön merkitystä tulevaisuuden fotoniikan kehittämisessä", uskoo Dudley Tampereen teknillisen yliopiston tiedotteessa, mihin tämäkin artikkeli pohjautuu käytännössä suoraan.

FoodiEX haluaa syömäreitä kehittämään öklöruokaa

Ti, 03/06/2018 - 16:02 Toimitus
Ruokaa! Kuva: Alex Iby

Hyönteisten ja rikkakasvien syönti saa monilla yökkäämisreaktion päälle, mutta miksi? Turun yliopiston Funktionaalisten elintarvikkeiden kehittämiskeskuksen FoodiEX -hanke koettaa selvittää mikä uusien bioruokaraaka-aineiden syömisessä oikein tökkii.

Funktionaalisten elintarvikkeiden kehittämiskeskus, eli FFF kehittää ja tutkii tulevaisuuden elintarvikkeita. 

Niistä puhuttaessa ei voida ohittaa hyönteisiä ja rikkakasveja, jotka voisivat olla vastaisuudessa olennainen ruokavaliota täydentävä ja rikastuttava osa. Ongelmana on kuitenkin näiden uusien bioruokaraaka-aineiden maine ja niihin liittyvät ennakkoluukot.

Siksi FoodiEX -hanke etsii ratkaisuja siihen, miten näiden käytön kuluttajakokemusta voitaisiin parantaa.

FoodiEX -hanke etsiikin nyt kuluttajia, jotka voisivat auttaa tässä.

"Toivomme mukaan erityisesti ruoka-alan vaikuttajia, joilla on jo yleisö ja joilla on halu auttaa tutkimustyötä, uteliaisuutta oppia ja halua kehittää uutta", hankkeen koordinaattori Laura Forsman sanoo.

"Hankkeessa otetaan pöydälle tulevaisuuden bioruokaraaka-aineita ja muokata niistä kahden kiinnostavan keinon avulla paremmin kuluttajia miellyttäviä ja houkuttelevia. Keinot ovat ihmisen moniaistisen kokemisen ymmärrys ja hyödyntäminen ja aktiivisten kuluttajien osallistaminen raaka-aineiden kuluttajakokemuksen kehittämiseen." 

Molemmat keinot ovat asiakaskokemuksen saralla isoja teemoja, jotka yhdessä kattavat hyvin kuluttajien kokemusmaailmaan vaikuttamisen.

"Moniaistisen kokemisen tutkimus antaa tuotekehitykseen eväitä konkreettisella, aistihavaitsemisen tasolla", selittää Forsman.

"Mutta se ei yksin riitä vaan ihmisen kokemiseen vaikuttavat sosiaaliset tekijät täytyy myös ymmärtää ja ottaa huomioon. Siihen apua kaivataan yleisiin mielipiteisiin vaikuttavilta suunnannäyttäjäkuluttajilta – ihmisiltä, jotka muokkaavat sosiaalista todellisuuttamme samoin, kuin mitä erilaiset aistiärsykkeet ja niiden yhdistelmät muokkaavat aistittavaa todellisuuttamme."

Hyönteisiä tarjolla Thaimaassa. Kuva: Wikipedia
Hyönteisiä tarjolla Thaimaassa.

 

Maailman suurin ruokatrendi on nälkä

Hanke linkittyy tiiviisti nälänhätää vastaan taistelevan Yhteisvastuu-keräyksen nimeämään vuoden suurimpaan ruokatrendiin: tänäkin vuonna suurin globaali ruokatrendi on se, ettei ruokaa ole. 

Afrikassa ja Lähi-idässä yli 20 miljoonaa ihmistä elää nälänhädän partaalla. 

Ilmastonmuutoksen vaikutukset pienentävät globaalia ruokasatoa, joka on jaettava yhä kasvavan väestön kesken. Forsman arvioikin, että vuoden 2018 suurin ruokatrendi lienee tullut jäädäkseen.

Ratkaisuja ristiriitaan haetaan monilla rintamilla: kasvissyönti ja lihan syömisen vähentämiseen tähtäävä sekasyönti ovat nosteessa, ruokahävikin hyödyntämiseen on herätty ja useita esimerkkejä innovatiivisesta sivuvirtojen hyödyntämisestä on nähty. 

"Silti tämä ruokatrendi vaatinee jatkossa meiltä myös vieraampien ruokaraaka-aineiden nielemistä. Puhutaan sellaisista proteiinin lähteistä kuin jauhomadot ja hyönteiset, tai vitamiinin lähteistä kuin rikkakasvit ja kasvisten ns. jämät."

FoodiEX-hanke on yksi FFF:n pyrkimyksistä tarttua ongelmaan.

Business Finlandin ja hankkeen yhteistyöyritysten Atrian, Fazer FoodServicen, Domretorin ja PackgeMedian rahoittaman hankkeen tavoitteena on aikaansaada uudenlainen tuotekehitysprosessi elintarvikeyritysten käyttöön. 

Jos siis haluat edistää ruokakulttuurimme muutosta ja kestävää kehitystä, olet kiinnostunut oppimaan uutta ruoan moniaistisen kokemisen teemoista ja sinulla on sinulla yleisö, joka kuuntelee ja katselee, niin ota yhteyttä Lauraan: laura.forsman@utu.fi!

*

Juttu on Turun yliopiston lähettämä tiedote vain hieman editoituna. Otsikkokuva: Alex Iby / Unsplash, hyönteiskuva: Wikipedia

Onko skyrmioni pallosalaman salaisuus?

Su, 03/04/2018 - 22:52 Toimitus
Taiteelljan näkemys kvanttimekaanisesta pallosalamasta. Kuva: Heikka Valja.

Aalto-yliopiston ja yhdysvaltalaisen Amherst Collegen tutkijat ovat ensi kertaa onnistuneet luomaan kvanttikaasussa kolmiulotteisen skyrmionin. Se ennustettiin teoreettisesti yli 40 vuotta sitten, mutta vasta nyt se on havaittu myös kokeellisesti.

”Olemme luoneet keinotekoisen sähkömagneettisen solmun, kvanttipallosalaman, vain kahden vastakkaiseen suuntaan pyörivän sähkövirran avulla", kertoo tutkimuksen teoreettisesta osuudesta vastannut tutkija Mikko Möttönen.

"Pidän siksi mahdollisena, että luonnollinen pallosalama voisi syntyä tavanomaisessa salamaniskussa.”

Video kuvaa skyrmionin kokeellista luontia sivusta. Eri magneettisen momentin eli spin-vektorin suunnat muodostuvat erillisiin alueisiin oikealla (ylöspäin), keskellä (vaakasuunta) ja vasemmalla (alaspäin). Alueet on kuvannettu erillisinä, vaikka todellisuudessa kondensaatteja on vain yksi. Mitä vaaleampi väri kondensaatissa on, sitä suurempi on hiukkastiheys. Video: Tuomas Ollikainen.

 

Möttönen kertoo myös nähneensä itse talon sisään syöksyneen pallosalaman. Vastaavia havaintoja on tehty läpi historian, mutta fyysisiä todisteita on vähän.

Magneettisten momenttien eli spinien muodostamat solmut luodaan erittäin harvassa ja kylmässä kvanttikaasussa. Spinien muodostamilla solmuilla on monia pallosalamaa muistuttavia ominaisuuksia. Joidenkin tutkijoiden mukaan pallosalama koostuu varautuneiden hiukkasvirtojen kietoutuneista vyyhdeistä.

Näkymä koelaitteiston tyhjiökammioon, jossa kolmedimensioinen skyrmioni luotiin. Kuva: Russell Anderson.
Näkymä koelaitteiston tyhjiökammioon, jossa kolmedimensioinen skyrmioni luotiin. Kuva: Russell Anderson.

Kvanttikaasun atomien liike vastaa varautunutta hiukkasta pallosalaman solmumaisessa magneettikentässä. Solmujen kestävyys voi olla syy siihen, miksi pallosalama tai plasmapallo elää yllättävän pitkään verrattuna salamaniskuun. Nyt saavutetut tutkimustulokset voivat innoittaa löytämään uusia tapoja pitää plasmapallo koossa myös fuusioreaktorin sisällä.

”Pitää tutkixa tarkemmin, voiko tällaisella menetelmällä saada aikaan myös oikeita pallosalamia. Jatkotutkimus voisi johtaa esimerkiksi nykyistä vakaampaan fuusioreaktoriin, kun plasmaa voitaisiin pitää koossa nykyisiä keinoja tehokkaammin”, tarkentaa Möttönen.

Leikkaus pallomaisen skyrmionin rakenteesta sen luomisprosessin aikana. Skyrmionin muodostavan kentän tilaa kuvataan kolmikolla, jossa on kolme kohtisuoraa akselia. Aluksi kaikki kolmikot osoittavat samaan suuntaan, mutta luomisprosessin aikana ne pyörivät eri akselien ympäri, mikä lopulta saa aikaan skyrmionin, jossa kukin suunta esiintyy tasan kaksi kertaa. Kolmikon vihreä kärki osoittaa spinin suunnan. Kaikki kolmikot, joilla on sama spinin suunta, muodostavat suljetun käyrän, joita näytetään videossa kolme (keltainen, violetti ja oranssi). Kukin tällainen rengas lävistää kaikki muut renkaat kerran, mistä syntyy solmumainen rakenne. Video: David Hall.

Spinit pyörivät skyrmionissa ja saavat aikaan kestävän solmun.

”Kvanttikaasu jäähdytetään hyvin kylmäksi, Bosen-Einsteinin kondensaatiksi, jossa kaikki atomit päätyvät matalimman energian tilaan. Silloin se käyttäytyy kuin jättimäinen atomi tavanomaisen kaasun sijaan”, kuvailee tutkimuksen kokeellisesta osuudesta vastannut professori David Hall.

Skyrmioni luodaan alkutilasta, jossa jokaisen atomin magneettinen momentti eli spin osoittaa ylöspäin, kuten myös luonnollinen magneettikenttä. Sitten magneettikenttää muutetaan niin, että sen nollakohta asettuu kaasusta muodostuvan kondensaatin keskelle. Spinit lähtevät pyörimään kussakin paikassa olevan magneettikentän suunnan ympäri. Koska magneettinen kenttä osoittaa kaikkiin mahdollisiin suuntiin nollakohdan lähellä, spinit kiertyvät solmuun.

Skyrmionin solmumaisessa rakenteessa kukin alue, jossa spin osoittaa tiettyyn samaan suuntaan, muodostaa rinkulan, ja eri rinkulat menevät toistensa läpi. Siksi solmua voidaan löysätä tai sitä voidaan siirtää, mutta ei rikkoa.

”Skyrmionin ja kvanttisolmun erottaa siitä, että skyrmionissa spinit eivät vain kierry solmulle, vaan myös kondensaatin kvanttivaihe pyörii ympäri”, kertoo Hall.

Jos atomien spinin suunta muuttuu kondensaatin sisällä, kondensaatti käyttäytyy kuin se olisi varattu hiukkanen luonnollisessa magneettikentässä. Solmussa oleva spinien rakenne saa aikaan tällaisen keinotekoisen magneettikentän, joka on täsmälleen erään pallosalaman mallin mukainen magneettikenttä.

*

Juttu on Aalto-yliopiston tiedote käytännössä suoraan kopioituna.