3D-tulostus

Karhukaiset ovat olleet alkuvuodesta otsikoissa, koska japanilainen tutkijaryhmä oli pakastanut näitä pikkuveitikoita 30 vuotta sitten ja onnistui herättämään niitä henkiin. Lisäksi yksi pakastetuista karhukaisista innostui poikimaan: se teki 19 munaa ja niistä 14 tuotti terveitä vauvakarhukaisia.

Jo aiemmin on tiedetty, että karhukaiset ovat varsin sitkeähenkisiä. Niitä on maapallolla melkein kaikkialla vuorten huipuilta valtamerten pohjaan. Ne ovat selvinneet jopa avaruuden tyhjiössä ja ultraviolettisäteilyssä, mikä normaalisti olisi tappavaa. 

Karhukaisten (Tardigrada) salaisuus on kuivuminen ja trehaloosi-niminen sokeri, jonka on havaittu olevan erinomainen veden korvike. Ne kykenevät lähes pysäyttämään aineenvaihduntansa ja siirtymään horrokseen samalla kun niiden vesipitoisuus voi pudota aina yhteen prosenttiin.

Niitä voi kuumentaa 150°C:n lämpötilaan, pommittaa 5 700 grayn annoksella röntgensäteilyä (5 grayn annos on tappava ihmiselle) ja puristaa tuhansien ilmakehien paineeseen – tai pitää tyhjiössä, tyhjemmässäkin kuin avaruus.

Ei ihme, että tästä kahdeksanjalkaisesta selviytyjästä on tullut nykyajan stressaavan elämänmenon keskellä varsinainen lemmikki!

Morpho Source on varsinainen aarreaitta fossiilien ja 3D-tulostamisen ystäville! Duke-yliopisto ja Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö ovat koonneet tälle sivustolle hurjan määrän tarkasti skannattuja fossiileita ja kehottavat yleisöä tarjoamaan lisää vastaavia tiedostoja.

Sivuston tuorein kokonaisuus on kuvassa oleva Nalendin ihminen, jonka kaikki kohtalaisen kookkaat luut ovat nyt ladattavissa. Kaikkiaan vuonna 2013 löytyneistä lajin 15 yksilöstä saatiin talteen ja tutkittavaksi 737 luuta, joista suurin osa oli pieniä ja tulostamisen kannalta hankalia. Niinpä arkistossa on 89 tiedostoa, joista voi tulostaa käytännössä kokonaisen, tarkasti alkuperäisen kokoisen ja näköisen Homo Nalendin.

Yksi näistä luista on alla oleva U.W. 101-346 eli vasemmanpuoleinen ohimoluu. 

Tuloste ei luonnollisestikaan ole yhtä luisen ja vanhan näköinen kuin alkuperäinen luu, mutta se on yksityiskohdissaan hämmentävän tarkka: voit tuntea sormissasi vuosituhansien juoksun ja ammoisen edeltäjämme kallonmuodot...

Siis: printteri lämpenemään ja mars lataamaan Morpho Sourcesta fossiileja!

Yksin Marsissa -elokuvan siivittämänä kaikki punaiseen planeettaan liittyvä tutkimus on ollut viime aikoina otsikoissa, ja NASA on käyttänyt tätä nostetta varsin tehokkaasti hyväkseen. 

Se pieni yksityiskohta, että NASA:lla on vaikeuksia löytää tällä hetkellä rahoitusta edes yksinkertaisten luotaimien lähettämiseen Marsia tutkimaan, ei haittaa suurisuuntaisten tulevaisuudenvisioiden esittämistä. Toisaalta nämä saattavat herättää sen verran myös päättäjien huomiota, että rahoitusta lisättäisiin – tai se vain innostaa yksityiset yrittäjät ryntäämään punaiselle planeetalle ennen viranomaisjärjestöjä.

Eräs kiinnostavimmista ja kenties pitkällä tähtäimellä merkittävimmistä tuoreista Mars-tempauksista on NASAn ja rakennusten 3D-tulostusta edistävä teollisuusyhdistys America Makesin kilpailu Mars-siirtokuntien rakennuksista.

Kilpailun voittajat julkistettiin viime viikon lopulla ja voittajaksi kiri SEArch ja Clouds AO -ryhmän ICE HOUSE. 

Kuin avaruusajan design-iglu

Se poikkeaa monista suunnitelmista siinä, että rakennusta ei kaiveta pinnan alle tai haudata hiekkaan. Koska Marsin ohut kaasukehä ei estä ultraviolettivalon pääsyä pinnalle ja suojaa planeettaa huonosti kosmisia säteitä vastaan, on yleinen tapa lisätä säteilysuojausta laittaa asumuksen päälle paljon hiekkaa. 

Sen sijaan ideana on kaivaa pinnan alta vettä ja käyttää sitä säteilysuojana: koko rakennuksen uloin kerros on jäätynyttä vettä, joka samalla suojaa asukkaita ja päästää läpi valoa.

Voittajarakennuksessa onkin kiinnitetty ennen kaikkea huomiota siihen, että sen sisätiloissa olisi mahdollisimman paljon luonnonvaloa.

Asuintilat ovat rakennuksen keskiosassa, ja siellä, mahdollisimman suojaisessa paikassa sisällä, ovat myös miehistön nukkumahytit. Ulospäin tultaessa on tiloja, joissa ollaan vähemmän aikaa, ja aivan uloimpana ovat kasvihuoneet. Näin ne saavat eniten valoa ja niissä miehistön jäsenet voivat myös käydä rentoutumassa kasvien tuottamaa puhdasta ilmaa hengittäen, valosta nauttien ja Marsin maisemaa ihaillen.

Kasvihuoneiden tärkeimpänä tehtävänä on tuottaa happea ja ruokaa. Siksi suuri osa uloimmista osista onkin kasvihuoneita, joissa kasveja on sijoitettu pystyssä oleviin räkkeihin sekä suoraan pystypinnoille.

Rakennuksessa on myös “etupiha”, suojattu ja paineistettu tila varsinaisen rakennuksen ulkopuolella, missä ihmiset voivat tepastella ilman avaruuspukuja. Suuri, avoin tila auttaa myös tasaaman paineistusta aseman sisällä. Siellä voidaan tehdä myös tutkimusta, missä täytyy olla ulkona – mutta voi silti olla vielä ikään kuin sisällä. Esimerkiksi kasvien kasvattamista marsperässä voi testata siellä.

Uuden menetelmän avulla DNA:sta voidaan laskostaa lähes mielivaltaisia kolmiulotteisia rakenteita vähän samaan tapaan kuin origameja voidaan taitella. Tuoreessa Nature-lehdessä julkistettua, Tukholman Karoliinisessa instituutissa Björn Högbergin tutkimusryhmässä kehitettyä menetelmää voidaan verrata nanomittakaavan 3D-tulostukseen.

Mukana tutkimuksessa on myös Aalto-yliopisto, missä tietotekniikan laitoksella on tehty menetelmään sen tarvitseva algoritmi. Laskennallisen suunnittelumenetelmän lähtökohtana on tavoitellun kolmiulotteisen rakenteen hilamalli, jollaisia käytetään mm. tietokonegrafiikassa ja teollisessa suunnittelussa. Menetelmän avulla voidaan syötteenä annettu malli kuvata DNA-jonoiksi, jotka ns. DNA-origamitekniikkaa käyttäen yhdistyvät suolaliuoksessa halutuksi rakenteeksi.

Karoliinisessa instituutissa tehdyt, erivahvuisissa suolaliuoksissa toteutetut kokeet vahvistavat, että suunnitellut DNA-kierteet hybridisoituivat haluttuihin muotoihin, jopa kehon luonnollista matalaa suolapitoisuutta vastaavissa liuoksissa. 

”Kehittämämme suunnittelumenetelmän etuna on, että saatoimme tehdä prosessista täysin automaattisen ja näin toteuttaa monimutkaisiakin rakenteita. Aiemmat lähestymistavat kolmiulotteisten DNA-rakenteiden muodostamiseen ovat perustuneet käsityöhön ja toteutetut rakenteet ovat olleet hyvin yksinkertaisia. Uskonkin, että kehittyneillä tietoteknisillä menetelmillä tulee olemaan suuri merkitys DNA-nanoteknologian kehitykseen, kun pyritään laboratoriokokeiden mittakaavasta kohti mullistavia sovelluksia”, sanoo professori Pekka Orponen Aalto-yliopistosta.

Uusi menetelmä mahdollistaa lähes mielivaltaisten kolmiulotteisten DNA-rakenteiden syntetisoinnin. Tekniikalle on välitöntä käyttöä solubiologian perustutkimuksessa ja pidemmälle katsoen esimerkiksi täsmälääkkeiden ja elimistön tai ympäristön tilan seurantaan käytettävien bioilmaisinmolekyylien  kehittämisessä.

”Biologista käyttöä varten tarvitsemme rakenteita, jotka laskostuvat ja säilyttävät muotonsa laboratorioympäristön lisäksi myös fysiologisissa suolaliuoksissa. Uusi synteesi- ja suunnittelumenetelmä käyttää myös DNA-materiaalia huomattavasti tehokkaammin kuin aiemmat lähestymistavat ja tekee näin mahdolliseksi entistä mutkikkaampien rakenteiden syntetisoinnin”, sanoo tutkimuksen johtaja Björn Högberg Karoliinisesta instituutista.

Menetelmää käyttäen tuotetut rakenteet ovat halkaisijaltaan 20-100 nanometrin (millimetrin miljoonasosan) kokoluokkaa, kun ihmishius on halkaisijaltaan noin 50,000 nanometriä. Uuden tekniikan avulla tutkijat rakensivat muun muassa nanokokoisen pallon, sauvan, spiraalin, pullon ja DNA-tulostetun version istuvaa jänistä esittävästä Stanford Bunny -mallista, joka on 3D-mallintamisessa paljon käytetty testirakenne.

Tietotekniikan laitos hyödynsi laskennassa Aalto-yliopiston Perustieteiden korkeakoulun Triton-laskentaklusterin tietokonekapasiteettia.

Alla on Högberg-tutkimusryhmän tekevä visualisaatio aiheesta.

Juttu perustuu Aalto-yliopiston lähettämään tiedotteeseen. Kuva: Erik Benson.

Eräs harmittavimmista piirteistä kaikissa käytössä olevissa 3D-tulostustekniikoissa on nopeus. Printteri saattaa kihnuttaa pienenkin kappaleen kanssa tuntikaupalla.

Nuori kalifornialaisyritys Carbon3D on nyt esitellyt tekniikan, millä tulostaminen onnistuu 25-100 kertaa nykyistä nopeammin. Tekniikan nimi on “Continuous Liquid Interface Production “, eli CLIP, missä valo kovettaa valoherkkää hartsia.

Periaate on siis hieman samankaltainen kuin nyt käytössä oleva stereolitografia, eli SLA, missä laserin avulla jähmetetään valoherkkään hartsiin kerros kerroksen päälle. Uusi tekniikka saa prosessin jatkuvaksi, ja kappale näyttää vain nousevan kokonaisena esiin hartsiliuoksesta.

Happi on salaisuus

Carbon3D-yhtiön keksintö on käyttää happea tulostuksessa inhibiittorina, joka estää valoa jähmettämästä hartsia paikoissa, missä sen ei pidä kovettua. 

Kaikkihan tiedämme, että ruotsalaiset ovat aika hyviä poppimusiikintekijöitä – tai ainakin sen markkinoijia. Lisäksi siellä osataan tehdä musaa, joka on todella cool.

Tästä konkreettinen esimerkki on ruotsalainen bändi Shout Out Louds, joka teki vuonna 2012 levyn nimeltä “Blue Ice”. Nimen lisäksi siitä tekee varsin viileän myös se, että sellaisen voi tehdä itse jäädyttämällä. Levy on itse asiassa siis silikonimuotti, mihin kaadetaan vettä ja pakastimessa siitä tulee jäinen levy, jota voi soittaa perinteisellä levysoittimella. Onneksi muotin mukana tulee myös oikea levy, joten musan kuunteluun ei tarvitse ryhtyä jäädytystoimiin ja meno jatkuu myös silloin, kun jäälevy on jo sulanut. Jotta hanavedessä olevat pienet kuplat ja epäpuhtaudet eivät pääse haittamaan soitantaa, on paketin mukana myös pullolinen tislattua vettä.

Alla on kiinnostuneille video levystä ja sen musiikista.

Stanfordin yliopistossa opettava tuotesuunnittelija John Edmark sai idean tehdä pyöriviä, 3D-tulostettuja veistoksia, jotka pyöriessään saavat aikaan kauniin animaatioefektin. Taustalla tässä(kin) on matematiikka: Fibonnacin lukujono, jonka kahden perättäisen luvun suhde on likimain sama kuin ns. kultaisen leikkauksen.

Luonnossa on runsaasti tähän tapaan toistuvia, ikään kuin korkoa korolle -tyyliin summautuvia ilmiöitä, ja esimerkiksi monissa kukissa terälehtien määrä vastaa jotakin Fibonaccin lukujonon lukua. Päivänkakkarassa luku on 34.

Kun teoksen laittaa pyörimään, ja etenkin kun sen pyörimisen kuvaa joko stroboskooppivalossa tai sopivasti asetetun sulkija-ajan avulla, ne saavat aivan uuden ilmeen. Staattiset möhkäleet heräävät eloon.

Edmark kutsuu näitä kukkamaisia animaatioveistoksiaan Blooming Zoetrope Sculptures -nimellä ja kertoi niistä Instructables-nettisuvulla näin:

“Jos seuraat yhtä terälehteä kun se liikkuu kuvassa ylhäältä alas, näet itse asiassa kaikki teoksessa olevat terälehdet siinä järjestyksessä, kun ne etääntyvät yläosan keskipisteestä.”

“Näiden terälehtimäisten ulokkeiden sijainti onkin tärkeää näissä teoksissa, jotta animaatioefekti toimisi”, jatkaa Edmark. “Sijainnit ovat samanlaisia kuin erilaisten lehtien tai nystyjen sijainnit monissa luonnossa olevissa kasveissa. Tällaisia ovat mm. ananas, auringonkukka, artisokka, palmut ja monet mehikasvit.”

Teoksia on kolmea päätyyppiä. Yksissä kuutiomaiset ulokkeet näyttävät pursuavat ulos pinnasta, toisessa donitsimaiset rinkulat liikkuvat sisäkkäin, ja kolmannessa terälehdet liikkuvat pinnalla alaspäin. 

Periaate kaikissa on kuitenkin sama, sillä jokainen uloke tai toistuva piirre on tarkalleen 137,5° kulmassa edelliseen verrattuna, symmetrinen keskiakselin suhteen ja siirtyy toistuen ylhäältä alas.

Fibonnaccin lukujonossa jokainen numero on yhtä suuri kuin kaksi edellistä numero. Sen, ja sen yhteyden luonnossa oleviin piirteisiin sekä yleisesti puhtaan harmonisena pidettyyn kultaiseen leikkaukseen keksi Leonardo Pisano, Pisassa, Italiassa elänyt matemaatikko, joka julkaisi lukujonon vuonna 1202 kirjassaan “Liber abaci”. Omituinen nimi sarjalle tulee hänen isästään, Bonaccista, sillä “fibonacci” on lyhennys sanoista "filius Bonacci”, Bonaccin poika.

“Liber abaci” on merkittävä teos muutenkin, sillä se auttoi tekemään arabialaisesta lukujärjestelmästä yleisen Euroopassa.

Tee itse!

Edmark laski teoksilleen muodon Rhino-nimisellä 3D-suunnitteluohjelmistolla ja Python-ohjelmointikielellä, minkä tuloksena saadut 3D-tiedostot hän tulosti Zprinter 450 -printterillä.

Jos olet kiinnostunut tulostamaan omasi, kehittämään teoksia eteenpäin tai tekemään kokonaan omasi, niin ota yhteyttä Edmarkiin Instructables -sivun kautta – hän lupaa olla avuksi!

ESAn komeettaluotain Rosettan kohde 67P/Churyumov–Gerasimenko on todella jännittävän näköinen möhkäle. Emme toistaiseksi tiedä onko se muodostunut kahden kappaleen liityttyä toisiinsa kiinni vai onko sen keskellä vain sen verran höttöisempää ainetta, että komeetan ydin on yksinkertaisesti kulumassa halki siitä kohtaa. Toivottavasti tästä saadaan pian lisätietoa, kun esimerkiksi Philaen laskeutumisen aikana saadut tiedot saadaan analysoitua; erityisesti komeetan sisustaa kaikuluotaimen tapaan sondannut CONECRT on tässä mielessä erityisen kiinnostava.

Lisää tietoa asiasta saadaan todennäköisesti joulukuussa pidettävässä Amerikan geofysikaalisen seuran kokouksessa, missä Tiedetuubikin on paikalla kärkkymässä tiedonmuruja.

Sitä odottaessa voi komeetan ytimeen tutustua tosin ihan konkreettisestikin, sillä Dassault Systèmesin 3DS Fablab -tutkimuslaboratorio on tehnyt ESAn avulla 3D-mallinnuksen komeetasta Rosetta-luotaimen ottamien kuvien perusteella. Kolmiulotteista, tarkkoihin OSIRIS-stereokameran kuviin perustuvaa mallia käytettiin hyväksi mm. Philaen laskeutumispaikkaa valittaessa.

Nyt tämän 3D-mallin voi ladata ilmaiseksi Dassault Systèmesin <Communities of Innovators -keskustelufoorumilta: ESA_Rosetta_OSIRIS_67P_SHAP2P.obj. Foorumilla (joka vaatii ilmaisen kirjautumisen) on myös muuta hyvin kiinnostavaa keskustelua komeetasta, sen mallintamisesta ja kuvista, joita ei ole vielä julkistettu laajemmin.

Alla on vielä projektista tehty video:

Könninkellot ovat kelloja, joita valmistivat 1700- ja 1800 -luvuilla Ilmajoella toimineet Könnin mestarit.

Suvun vanhin, Jaakko Könni syntyi kesäkuun 28. päivä 1721 Ilmajoen Königsbackin, eli suomeksi Könnin kylässä. Hänestä kehittyi taitava rauta-, kello- ja pyssyseppä, ja neljän sukupolven ajan toisiaan seuranneet Könnit tulivat ennen kaikkea kuuluisiksi kelloistaan. Könnien tekemät kellot miellettiin luotettaviksi ja kestäviksi, ja näitä kelloja oli taskukelloista tornikelloihin. Klassikoiksi muodostuivat kuitenkin kaappikellot.

Voikin sanoa, että ”könninkellot” olivat Suomen ensimmäinen brändi ja heidän työpajansa Könnissä maamme ensimmäinen teknologiakylä, sillä kellojen lisäksi siellä tehtiin aseita, hevoskärryjä, lukkoja, maataloustyökaluja, kangaspuita ja jopa kirurgien välineitä.

Könnien tarinaan voi tutustua esimerkiksi Koskenkorvan museossa, missä könninkellot on törmäytetty nykyaikaan valmistamalla niihin 3D-tulostimella toimivan kellokoneiston.

Jännästä projektista kerrotaan työssä käytetyn suomalaisen 3D-tulostimia valmistavan yhtiön miniFactoryn (www.minifactory.fi) blogissa, minne juttu oli löydetty puolestaan projektin vetäjän Jaakko Koskenkorvan blogista (11latoa.com).

Koskenkorvan Könninäyttely

Museossa viime kesänä olleen näyttelyn aiheena olivat Ilmajoen Könnit. Kellojen lisäksi näyttelyssä kerrottiin tarinaa ja taustoja ihmisistä ja oloista Könnien satavuotisen kellotehtailun ajalta.

Näyttelyn tekemisen yhteydessä Könninkellon koneisto siirrettiin digitaaliseen muotoon, joten kesän aikana museossa olleessa työpajassa tuotettiin toimivan kellokoneisto 3D-tulostimella.

Perinteitä noudattaen tulostin oli myös pohjalainen, seinäjokelaisen miniFactoryn tekemä ja myymä.

Lähituotanto tekee tuloaan joka alalla ja nyt yksittäin printattujen kirjojen ja 3D-printterien vanavedessä on tulossa myös vaatteiden tulostaminen. Eipä aikaakaan, kun vaateliikkeissä sinulle tehdään mittatilauskuteet samalla hinnalla kuin massatuotantovetimet, ellei jopa edullisemmin!

Barcelonassa asuva Gerard Rubio on synnyttänyt OpenKnit -yhteistön, jonka tarkoituksena on jakaa vapaasti tiedostoja, joilla kuka tahansa voi tehdä itselleen omat vaatteensa kudontaprintterillä. Toistaiseksi printteriä ei voi vielä ostaa, vaan se tulee tehdä itse: ohjeet tämän noin 500 euroa maksavan laitteen tekemiseen löytyvät github-yhteisön sivuilla olevasta Rubion ohjepaketista. Siellä on täydellinen lista osista sekä mm. tiedostot osien 3D-tulostamiseen; Rubio lupaa lisää ohjeita, mutta jo nyt näppärä tee-se-itse -askartelija pääsee ohjeilla alkuun. Printterin aivoina on Arduino-pienoistietokone.

Tiedostoja digitaalisten vaatteiden tulostamiseen on jo saatavissa mm. Takahiro Yamaguchin DoknItYourself.com -sivustolla. Vaatteita voi tosin myös suunnitella enemmän tai vähemmän helposti Mar Canetin ja Varvara Guljajevan tekemällä avoimen lähdekoodin Knitic -ohjelmistolla, jonka avulla printteriä myös ohjataan.

Rubion mukaan neulepuseron tekemiseen menee noin tunti. Kun suunnittelu, valmistus ja vaatteen käyttö tapahtuu nyt samassa paikassa, ja paidan teko on hyvin edullista, voi vaatteilla vaikkapa leikkiä ja jotain tiettyä tarkoitusta varten voi tulostaa puseron. Rubion mukaan tämä myös tuo vaatteisiin lisää luovuutta ja henkilökohtaisuutta, kun kuka tahansa voi suunnitella omat vaatteensa.

Vaikka kyseessä on nyt suurta omatoimisuutta vaativa hanke ja tekee vain kudottuja (hieman rupuisia) vaatteita, on tässä selvästi tulevaisuuden suunta. Yhä monimutkaisempien tavaroiden tuotanto tulee lähemmäksi, ja pian aasialaisten halpatehtailijoiden pitää keksiä uutta tekemistä.

Alla on Rubion julkaisema video tempauksesta, missä hän korvasi muotiliikkeiden vaatteita omillaan.