Complex Systems and Materials (CSM)
Applies statistical physics to a wide variety of cross-disciplinary topics.
Miljoonarahoitus hengittävien puuvaahtorakennusten kehittämiseen – ilmanvaihtoaukot avautuvat ja sulkeutuvat itsestään
Puuvaahdosta 4D-tulostamalla tehty julkisivuelementti voi säästää merkittävästi lämmitykseen ja jäähdytykseen tarvittavaa energiaa sekä kutistaa rakentamisen hiilijalanjälkeä. ”Kuulostaa scifiltä, mutta on täysin mahdollista”, hanketta vetävä Juha Koivisto kuvaa Gaudin arkkitehtuurin inspiroimaa ratkaisua.
Aalto-yliopiston vetämä Archibiofoam-hanke on saanut Euroopan innovaationeuvostolta 3,4 miljoonan euron Pathfinder Grant -rahoituksen kolmeksi vuodeksi.
Hankkeessa tutkijat kehittävät puuvaahdosta julkisivuelementtiä, joka mahdollistaa rakennusten passiivisen lämmityksen ja jäähdytyksen ja säästää näin merkittävästi energiaa. Lisäksi he haluavat vähentää rakentamisen ilmastopäästöjä, joiden osuus kaikista globaaleista päästöistä on tällä hetkellä huimat 40 prosenttia.
Passiivinen jäähdytys ja lämmitys tapahtuu, kun puun selluloosasta tehty vaahtomateriaali supistuu ja laajenee lämpötilan ja ilmankosteuden mukaan. Tämä saa julkisivun pyöreät ilma-aukot sulkeutumaan ja avautumaan. Näin lämmitystarve vähenee kylmällä ja jäähdytystarve kuumalla.
"Kuulostaa scifiltä, että ilmanvaihtokanavat avautuvat ja sulkeutuvat luonnollisesti, mutta se on täysin mahdollista – ja hyvin jännittävää", sanoo Aalto-yliopiston tutkijatohtori Juha Koivisto, joka sai inspiraation keksintöön Gaudin kuuluisasta arkkitehtuurista Barcelonassa.
Vaikka vaahtomateriaali on 90-prosenttisesti ilmaa, se on lujuudeltaan verrattavissa ympäristöä enemmän kuormittaviin perinteisiin rakennusmateriaaleihin, kuten betoniin ja lasiin. Lisäksi se on uusiutuvaa, biohajoavaa ja kierrätettävää.
"Tiedeyhteisö on jo jonkin aikaa tiennyt, että biovaahtojen rakenteellinen kestävyys on kilpailukykyinen muiden rakennusmateriaalien kanssa, mutta tähän asti sitä ei ole vielä kunnolla testattu", Koivisto sanoo.
Algoritmeja, ohjelmistoja ja robottiohjausta
Koiviston tiimiin kuuluvat myös vanhempi lehtori Kirsi Peltonen ja tutkijatohtori Taneli Luotoniemi Aalto-yliopiston matematiikan ja systeemianalyysin laitokselta. Tutkijoiden mukaan matematiikka on täynnä geometrisia rakenteita, dynaamisia systeemejä ja mekanismeja, joiden sovellusmahdollisuuksia ei vielä ole osattu hyödyntää.
”Esimerkiksi venttiilit ja liikkuvat osat vaativat niveliä ja joustavia rakenteita, jotka voidaan toteuttaa origameista tutuilla tavoilla”, Koivisto sanoo.
Juha KoivistoKuulostaa scifiltä, että ilmanvaihtokanavat avautuvat ja sulkeutuvat luonnollisesti, mutta se on täysin mahdollista – ja hyvin jännittävää.
Aallon tiimi koordinoi hanketta ja vastaa materiaaliteknologiasta. Robotiikka-asiantuntemuksesta ja märkävaahtomateriaalin pursottamiseen käytettävän massiivisen 4D-tulostimen virittämisestä vastaa Tiffany Cheng Stuttgartin yliopistosta.
4D-tulostaminen tarkoittaa valmistusmenetelmää, jossa tulostetut kappaleet ohjelmoidaan reagoimaan automaattisesti ympäristön ärsykkeisiin. Robottiohjatulla alustalla voi valmistaa jopa 12 metriä pitkiä ja 420 kilogrammaa painavia kappaleita.
"Menetelmä sopii erittäin hyvin tulostamaan rakenteita suurella resoluutiolla. Tavoitteemme on räätälöidä puuvaahtoa hyödyntävä valmistusprosessi niin, että voimme vastata rakennusosien moniin toiminnallisiin vaatimuksiin, kuten kantavuuteen ja mukautuvaan ilmanvaihtoon”, Cheng sanoo.
Milanon yliopiston professori Stefano Zapperi on digitaalisten 3D-mallien automaattisen valmistamisen asiantuntija. Hänen tiiminsä pystyy ohjelmistollaan määrittelemään algoritmien suunnitteluparametrit, kuten lämpö- ja kosteusherkkyyden.
Hankkeen teollinen kumppani on Aallosta ponnistanut kasvuyritys Woamy, joka on rakentanut liiketoimintansa biovaahtoteknologian varaan. Tavoitteena on käynnistää pilottitehdas vuoteen 2027 mennessä.
”Pyrimme hankkeessa osoittamaan, miten biovaahto voi muuttaa pakkausteollisuuden lisäksi myös rakennusteollisuutta", sanoo Woamyn toimitusjohtaja Susanna Partanen.
Ota yhteyttä:
Lue lisää:
Teknillisen fysiikan laitos
Teknillisen fysiikan laitos tekee uraauurtavaa tutkimusta fysiikan alalla ja luo korkean teknologiapotentiaalin teollisia sovelluksia.
Matematiikan ja systeemianalyysin laitos
Laitoksen tutkimuksen pääalueet ovat algebra ja diskreetti matematiikka, analyysi, soveltava matematiikka ja mekaniikka, stokastiikka ja tilastotiede sekä systeemianalyysi ja operaatiotutkimus.
Opiskelijaprojekti synnytti innovaation: Kengän sisäpohjat syntyvät muovin sijaan kompostoituvasta puuvaahdosta
Aalto-yliopiston opiskelijat kehittivät kestävän sisäpohjan prototyypin, joka taipuu, kestää kosteutta ja tuntuu pehmeältä ihoa vasten. Suomalainen kenkäyritys VIBAe lähtee syksyllä testaamaan materiaalia käyttäjillä.
Funded by the European Union. Views and opinions expressed are however those of the author(s) only and do not necessarily reflect those of the European Union or European Innovation Council and SMEs Executive Agency (EISMEA). Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them. Grant Agreement No: 101161052.
- Julkaistu:
- Päivitetty:
Lue lisää uutisia
Pääkaupunkiseudun tiedeyhteistyön 2024–2028 tutkimusrahoitusta haettavana vaikuttavuusarviointitutkimukselle
Helsingin, Espoon ja Vantaan kaupungit ja Helsingin yliopisto ja Aalto-yliopisto ovat sopineet tiedeyhteistyön toteuttamisesta pääkaupunkiseudun kehittämiseksi vuosina 2024–2028. Nyt haettavana on rahoitus vuosille 2025–2027 alla olevien ohjeiden mukaisesti.
Ehdota Aalto-yliopiston avoimen tieteen palkinnon saajaa vuodelle 2024
Ehdota itseäsi, kollegaasi, tutkimusryhmää, yksikköä tai projektia vuoden 2024 Aalto-yliopiston avoimen tieteen palkinnon saajaksi.
Kolme uutta lehtoria Kemian tekniikan korkeakouluun
Heli Lehtivuori, Otto Mustonen ja Suvi Holmstedt ovat aloittaneet yliopistonlehtoreina Kemian tekniikan korkeakoulussa. Heidän osaamisensa erityisesti spektroskopian, materiaalikemian ja orgaanisen kemian aloilta rikastuttaa korkeakoulun opetusta ja tutkimusta.