Jäykkää ja vahvaa – mutta kevyttä

Luc St-Pierre on kiinnostunut materiaalien mekaniikasta – siitä, miten materiaalit rasituksen alla muokkautuvat ja murtuvat.

"Tutkimustyössäni keskityn varsinkin ristikkorakenteisiin tai kennomaisiin rakenteisiin, joita voidaan käyttää esimerkiksi sandwich-tyyppisesti kahden levyn välissä. Lisäksi tutkin hiilikuiturakenteita."

St-Pierre pyrkii kollegoineen suunnittelemaan ja valmistamaan rakenteita, jotka ovat jäykkiä, kevyitä ja vahvoja. Ne absorboivat energiaa, mikä tekee niistä kestäviä törmäyksissä.

Tutkimuskohteena ovat pienen mittakaavan rakenteet: kennojen seinämäpaksuus voi olla mikrometrien luokkaa, ja niiden välissä olevan ilmatilan leveys vain nanometrejä. 

Tällaisia rakenteita löytyy yleisesti luonnosta. Mikroskoopilla voi nähdä kasvien rakentuvan soluista, joita ympäröi soluseinä.

"Luonnossa materiaalit koostuvat hiilestä, vedystä ja hapesta. Me voimme niiden lisäksi käyttää mitä tahansa aineita, kuten vaikka metalleja. Se antaa meille mahdollisuuden kehittää hyvin laajan kirjon erilaisia materiaalien ominaisuuksia."

St-Pierre näkee solumaiset tai ristikkorakenteet omana materiaalinaan, tavallaan jatkumona materiaalien kehityksessä.

"Uusia materiaaleja voidaan valmistaa sekoittamalla erilaisia atomeja ja molekyylejä keskenään. Niiden ominaisuuksia voidaan muokata lämpökäsittelyillä. Kolmas tapa on tehdä mikrorakenteita, joissa yhtenä komponenttina on ilma."

Kennomaiset rakenteet tarjoavat kiinnostavia mahdollisuuksia kehittää esimerkiksi ilmailu- ja avaruusteknologiaa, rakennustekniikka, laivanrakennusta tai vaikkapa ortopediaa.

Spagetti murtuu

St-Pierre aloitti työt apulaisprosessorina konetekniikan laitoksella syyskuussa 2016. Seuraavan lukuvuoden aikana hän aloittaa murtumismekaniikan (fracture mechanics) opetuksen Mechanical Engineering -maisteriohjelmassa. Hän lupaa havainnollistaa teoriaa kiinnostavin käytännön esimerkein.

"Esimerkkien avulla voimme nähdä, kuinka teoreettiset perusoletukset vaikkapa materiaalin muokkautumisesta ja murtumisesta toteutuvat käytännössä."

Havaintovälineiksi ja -materiaaleiksi käyvät niin paperi, spagetti kuin jääkiekkomaila.

"Teoriat ovat tärkeitä, mutta esimerkit auttavat muistamaan ja soveltamaan niitä."

St-Pierre huomauttaa, että mekaniikka ja materiaalit liittyvät arkielämäämme monin tavoin. Kaikki silmin nähtävä ympärillämme koostuu materiaalista. Ja tämä materiaali voi rikkoutua.

"Käytämme esimerkiksi yhä enemmän elektronisia tuotteita. Niissä on komponentteja, joiden rikkoutumisien syitä voidaan selvittää mekaniikan ja materiaali oppien avulla. Toisaalta näitä oppeja tarvitaan, jota tuotteista voidaan suunnitella kestäviä."

Materiaaleja 3D-printtauksella

Syntyjään kanadalaisena St-Pierre sopeutui nopeasti Suomen olosuhteisiin.

"Ilmasto ja ihmisten mentaliteetti ovat Suomessa samantapaisia kuin Kanadassa. Ajatus pohjoismaissa asumisesta miellyttää minua."

St-Pierre tutustui Eurooppaan 2000-luvun alkupuolella opiskelijavaihdossa Pariisissa. Suomeen hän tuli Englannista, missä hän työskenteli tutkijana kymmenen vuoden ajan.

"Aalto-yliopisto haki henkilöä, jolla on samanlainen osaamisprofiili kuin minulla. Näin tämän hyvänä mahdollisuutena jatkaa työtäni. Minua houkuttelivat myös täältä löytyvät erinomaiset mahdollisuudet 3D-printtaukseen. Se on yksi avainteknologioista monimutkaisten rakenteiden valmistamisessa."

Aalto-yliopistossa St-Pierre pääsi mukaan työyhteisöön, jossa kennomaisia ja ristikkomaisia rakenteita tutkitaan ahkerasti varsinkin laivanrakennuksen puolella.

Mikäli St-Pierrellä käy tuuri, voimme tavata hänet pian luistimilla. Hän etsii sopivaa porukkaa, jonka kanssa pääsisi pelaamaan jääkiekkoa. Se on luonnollista, sillä hän on kotoisin jääkiekon mahtikaupungin Montrealin liepeiltä.

Yhteystiedot:

Apulaisprofessori Luc St-Pierre, luc.st-pierre@aalto.fi