Tutkimuksen yhteistyö auttaa hallitsemaan uusia turvallisuusuhkia

Säteilyturvallisuus 

Tutkimusinsinööri Heikki Kettunen: 

Millaisia elinympäristöjen haitalliseen taustasäteilyyn liittyviä uhkia pitää mielestäsi nyt tutkia laajasti eri tieteenaloilla?

Teknologian luotettavuuden ja yhteiskunnan toimivuuden näkökulmasta aihe on tärkeä. Säteily voi aiheuttaa häiriöitä tai vaurioittaa elektroniikkaa, minkä vuoksi ennakoiva testaus ja järjestelmätason ratkaisut ovat välttämättömiä. Vaikutukset eivät rajoitu ainoastaan avaruuteen. Ne koskevat myös lentokone‑ ja maanpäällisiä järjestelmiä, erityisesti kriittistä infrastruktuuria.  

Mitä tutkimusryhmänne tutkii ja miksi? 

RADEF‑tutkimusryhmämme (RADiation Effects Facility) keskittyy ydin‑ ja kiihdytinfysiikan kaupallisiin sovelluksiin, erityisesti elektroniikan säteilynkeston testaamiseen. 

Tutkimme avaruudessa käytettävän elektroniikan luotettavuutta, sillä kaikki avaruuskomponentit on testattava säteilyä vastaan ennen niiden käyttöä. 

Hyödynnämme Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratorion K‑130‑syklotronia ja erityisesti raskaiden ionien hiukkassuihkuja boorista kultaan, joiden avulla simuloidaan avaruuden vaativia säteilyolosuhteita.

Miten laajasti tutkittu aihe se on Suomessa ja kansainvälisesti?

Aihetta tutkitaan laajasti kansainvälisesti, ja elektroniikan säteilynkeston testaus on vakiintunut osa avaruusalan kehitystyötä niin suurissa kuin pienissäkin yrityksissä. 

Jyväskylä toimii tässä kokonaisuudessa Euroopan mittakaavassa poikkeuksellisena keskuksena.

RADEF‑laboratoriomme on ollut Euroopan avaruusjärjestön (ESA) virallinen testilaboratorio jo vuodesta 2005 lähtien. Asiakaskuntamme on vahvasti kansainvälinen, sillä noin 90 prosenttia tulee Euroopasta, erityisesti Ranskasta, mutta kysyntää olisi maailmanlaajuisesti enemmän kuin mihin käytettävissä oleva suihkuaika tällä hetkellä riittää.

Minkä alojen kiinteää yhteistyötä aiheen tutkiminen vaatii?

Tutkimus edellyttää laajaa ja tiivistä monitieteistä yhteistyötä, jotta säteilyn vaikutukset voidaan ymmärtää ja riskit ennakoida ajoissa. 

Keskeisiä aloja ovat piirisuunnittelu, mikro‑ ja nanoelektroniikka, ohjelmistotekniikka, säteilyvaikutusten tutkimus, kiihdytin‑ ja ydinfysiikka sekä numeerinen simulointi. 

Uudet avaukset, kuten tekoälyn hyödyntäminen avaruudessa ja jopa datakeskusten mahdollinen sijoittaminen avaruuteen, lisäävät tutkimuksen ajankohtaisuutta entisestään ja vaativat yhä laajempaa kansainvälistä yhteistyötä.

Mitkä ovat tähän tutkimuskohteeseen liittyen vaikeimmin tutkittavat asiat juuri nyt?

Tutkimuskohteen suurimmat haasteet liittyvät elektroniikan nopeasti kasvavaan monimutkaisuuteen ja kehitysvauhtiin. 

Yhä useammat toiminnot on integroitu samoihin komponentteihin, mikä vaikeuttaa niiden käyttäytymisen ymmärtämistä ja erottelua. 

Samalla uusien komponenttien kiihtyvä kehitys tekee säteilyvaikutusten tutkimuksesta entistä vaativampaa ja edellyttää laaja‑alaista osaamista useilta tieteenaloilta sekä runsaasti kiihdytinresursseja. 

Onko tutkimuskohteeseen liittyvien turvallisuusuhkien ennakoiminen helppoa vai vaikeaa

Ennakointi on osittain mahdollista, mutta pitkällä aikavälillä haastavaa. Avaruussään keskimääräiset vaikutukset tunnetaan ja niitä voidaan mallintaa, mutta voimakkaiden auringonpurkausten tarkkaa ajankohtaa ja voimakkuutta ei pystytä ennustamaan. Aurinkoa tarkkailevat varoitusjärjestelmät tarjoavat yleensä 1–3 päivän varoitusajan, mikä auttaa satelliittien ja kriittisten järjestelmien suojaamisessa ja voi vähentää vakavimpia seurauksia. 

Virusturvallisuus 

Professori  Varpu  Marjomäki 

Millaisia virusturvallisuuteen liittyviä uhkia pitää mielestäsi nyt tutkia laajasti eri tieteenaloilla? 

COVID‑19‑pandemia osoitti, että virukset voivat vaikuttaa koko yhteiskuntaan terveydenhuollosta talouteen ja politiikkaan asti. Siksi torjuntaa ja sen seurauksia on tarkasteltava biologian lisäksi myös yhteiskunta‑ ja käyttäytymistieteiden näkökulmasta. 

Ajankohtaisia uhkia voisivat olla esimerkiksi lintuinfluenssat, joiden muuntumista ihmisestä toiseen tarttuviksi seurataan tarkasti. 

Virukset myös käyttäytyvät eri tavoin, sillä osa leviää huonosti, mutta on hengenvaarallisia, toiset pysyvät elimistössä pitkään piilossa. Olennaista on ymmärtää niiden leviämistä. 

Mitä tutkimusryhmänne tutkii ja miksi? Miten laajasti tutkittu aihe se on Suomessa ja kansainvälisesti?  

Tutkimusryhmämme tutkii viruksia arkiympäristöjä matkivissa olosuhteissa, erilaisilla pinnoilla ja tyypillisissä lämpö ja kosteusolosuhteissa. Altistuminen virusinfektioille on jatkuvaa erilaisissa tiloissa ja pinnoissa, kuten kaupoissa, vanhainkodeissa ja päiväkodeissa. 

Teemme yritysyhteistyötä kehittääksemme turvallisia pintamateriaaleja, jotka vähentävät virusten ja bakteerien leviämistä. 

Tutkimme sekä vaipallisia että vaipattomia viruksia ja etsimme luonnosta peräisin olevia, ympäristöystävällisiä molekyylejä, jotka sitoutuvat pintoihin ja estävät virusten infektiokykyä. Työ yhdistää perustutkimuksen ja käytännön sovellukset.

Minkä alojen kiinteää yhteistyötä aiheen tutkiminen vaatii? 

Aihetta tutkitaan kansainvälisesti runsaasti, mutta Suomessa olemme harvoja ryhmiä, jotka keskittyvät näin laajasti luonnonmukaisiin antiviraalisiin ratkaisuihin pinnoilla. Teemme yhteistyötä muun muassa Luonnonvarakeskuksen, Helsingin yliopiston ja Itä‑Suomen yliopiston kanssa. 

Tutkimus vaatii tiivistä yhteistyötä biologian, virologian, kemian, materiaalitieteen, lääketieteen ja yrityskentän välillä. 

Juuri tämä monitieteisyys on sen suurin vahvuus.

Mitkä ovat tähän tutkimuskohteeseen liittyen vaikeimmin tutkittavat asiat juuri nyt?

Suurimmat haasteet liittyvät vaikutusmekanismien selvittämiseen ja luonnonmukaisten yhdisteiden eristämiseen. Vaikka lupaavia antiviraalisia ja antibakteerisia vaikutuksia havaitaan varhain, on usein vaikeaa tunnistaa, mikä yksittäinen molekyyli vastaa tehosta ja miten se vaikuttaa solutasolla.

Luonnonmateriaalit sisältävät useita samankaltaisia yhdisteitä, joiden erottaminen ja puhdistaminen on vaativaa ja edellyttää tiivistä kemian alan yhteistyötä. 

Puhtaat molekyylit mahdollistavat mekanistiset tutkimukset, mutta käytännössä parhaita antiviraaleja ovat todennäköisesti useita samankaltaisia molekyylejä sisältävät ekstraktit. Myös virusuhkien ennakointi on haastavaa, sillä virusten muuntautuminen ja leviäminen tapahtuvat usein nopeasti ja osin ennakoimattomasti.

Onko tutkimuskohteeseen liittyvien turvallisuusuhkien ennakoiminen helppoa vai vaikeaa?

Turvallisuusuhkien ennakointi viruspatogeenien kohdalla on osittain mahdollista, mutta kokonaisuutena haastavaa. Tietyt riskit tunnetaan hyvin, kuten lintuinfluenssavirusten uhka silloin, kun ne altistuvat toistuvasti ihmisille. 

Sen sijaan virusten tarkkaa kehityssuuntaa ja sitä, milloin ne oppivat leviämään tehokkaasti ihmisestä toiseen, on vaikea ennustaa. 

Vaikka perimää ja mutaatioita seurataan aktiivisesti, virusten nopea ja epälineaarinen muuntuminen tekee ennakoinnista epävarmaa. Siksi tarvitaan jatkuvaa seurantaa, genomitason tutkimusta ja eri tieteenalojen yhteistyötä. 

Kierrätetyt  materiaalit 

Kiertotalouden professori  Ari Väisänen 

Millaisia kierrätettyihin materiaaleihin liittyviä uhkia pitää mielestäsi nyt tutkia laajasti eri tieteenaloilla? 

Kiertotalousratkaisut tulee olla turvallisia ja kestäviä. Olennaista on materiaalien koostumuksen tarkka tunteminen, sillä kierrätysmateriaaleihin voi kulkeutua esimerkiksi raskasmetalleja, myrkyllisiä yhdisteitä tai jopa radioaktiivisia aineita, joiden pitkäaikaisvaikutukset ympäristöön ja eliöihin on arvioitava huolellisesti. 

Esimerkiksi bio‑ ja sivuvirroista syntyvät jäännökset tai kaivosjätteet voivat aiheuttaa ympäristö‑ ja säteilyriskejä. 

Kiertotalousratkaisut voivat olla aidosti turvallisia ja kestäviä vain, jos ne perustuvat perusteelliseen riskien arviointiin ja eri tieteenalojen yhteistyöhön. 

Mitä tutkimusryhmänne tutkii ja miksi? Tutkimusryhmämme tarkastelee kiertotalouden kannalta keskeisiä materiaalivirtoja, kuten elektroniikkaromua, kestomagneetteja ja voimalaitostuhkia, jotka sisältävät sekä arvokkaita että haitallisia aineita. 

Erityisesti elektroniikkaromu on merkittävä lähde kriittisille raaka‑aineille, kuten harvinaisille maametalleille, joita tarvitaan laajasti modernissa teknologiassa.

Miten laajasti tutkittu aihe se on Suomessa ja kansainvälisesti?  

Aihetta tutkitaan laajasti sekä Suomessa että kansainvälisesti, mutta tutkimuksemme vahvuus on sen omaleimaisessa lähestymistavassa. Metallit saatetaan ensin liuokseen ja otetaan sen jälkeen selektiivisesti talteen kehittämällämme 3D-sieppariteknologialla. 

Harvinaisten maametallien talteenotto ja erityisesti niiden erottaminen toisistaan on haastavaa, koska ne ovat kemiallisesti hyvin samankaltaisia. 

Erotusprosessissa käytettävää kemiaa ja olosuhteita muokkaamalla yksittäiset harvinaiset maametallit saadaan kuitenkin erottumaan toisistaan. Haitallisista aineista arseenin ja kadmiumin poistamiseksi tuhkista, on kehitetty yksinkertainen ja luotoa säästävä ratkaisu. 

Minkä alojen kiinteää yhteistyötä aiheen tutkiminen vaatii?

Tutkimus edellyttää tiivistä yhteistyötä useiden alojen kesken. 

Kemia, materiaalitekniikka, ympäristötiede ja prosessitekniikka tuovat kukin oman kriittisen osaamisensa kokonaisuuteen, ja teollisten toimijoiden mukanaolo varmistaa ratkaisujen käytännön sovellettavuuden. 

Tämä monitieteinen yhteistyö mahdollistaa sekä uusien ratkaisujen kehittämisen että niiden sujuvan käyttöönoton. 

Mitkä ovat tähän tutkimuskohteeseen liittyen vaikeimmin tutkittavat asiat juuri nyt? 

Resurssien riittävyys ja kokonaisvaltaisten ratkaisujen kehittäminen. Keskeinen ongelma on arvokkaita raaka-aineita sisältävien komponenttien tehokas erottelu monimutkaisista laitekokoneisuuksista mahdollismman varhaisessa vaiheessa. Nykyisin monet laitteet käsitellään murskaamalla laite, jonka jälkeen murskattu materiaali liuotetaan. 

Tällöin arvoaineiden pitoisuudet laimenevat, kun arvottomat osat laitteesta päätyvät myös liuotusprosessiin. 

Tutkimuksen haasteena onkin kohdentaa prosessit tehokkaammin arvokkaimpiin komponentteihin. Robotiikka ja automaatio tarjoavat mahdollisuuksia, mutta eivät vielä ole taloudellisesti laajasti kannattavia. 

Onko tutkimuskohteeseen liittyvien turvallisuusuhkien ennakoiminen helppoa vai vaikeaa? 

Kuluttajatuotteisiin liittyvät riskit tunnetaan yleensä hyvin tiukan sääntelyn ansiosta, mutta sivu- ja jätevirrat voivat tuoda esiin yllättäviä haitta‑aineita.

Ennakoimista vaikeuttavat myös globaalit kriisit ja nopeasti muuttuvat materiaalivirrat.

 Siksi turvallisuuden arviointi edellyttää jatkuvaa tutkimusta, tilanneherkkyyttä ja joustavuutta muuttuvissa olosuhteissa.