Monialainen origameihin perustuva tutkimushanke etsii ratkaisuja teollisuuden tarpeisiin

Aallossa on alkamassa matematiikan, insinööritieteiden ja taiteiden alojakattava yhteishanke, jossa tutkitaan ja kehitetään taittelutekniikkaa teollisuuden tarpeisiin. Hankkeeseen osallistuvat Aallon lisäksi hanketta ohjaava VTT sekä useita yrityksiä metsäteollisuudesta konesuunnitteluun ja kosmetiikkabrändeihin, muun muassa Stora Enso, Metsä Group, Lumene, Mirka, Elomatic, Orfer, Anpap ja Soften. Business Finland myönsi rahoituksen Co-Innovation -yhteishankkeelle.

Taittelu on lähtöisin origamikulttuurista - Miura-origamit ja muut jaksollisesti toistuvat muodot ovat hankkeen keskiössä. Hankkeen lopputuotteet voivat saada monenlaisia konkreettisia muotoja, kuten pakkaukset, akustointilevyt, muut tilanjakajat sekä hiomatuotteet.

Insinööritieteiden korkeakoulun laskennallisen rakennetekniikan professori Jarkko Niiranen tuo hankkeeseen insinöörimäistä tietoa ja menetelmiä, kuten kvantitatiivista rakenneanalyysiä.

”Origami on rakenteeltaan mielenkiintoinen – se sisältää jäykähköjä tasomaisia rakenteita, saranoita taitosten kautta, sekä monenlaisia muotoja ja ominaisuuksia tuottavia taittelukuvioita. Taitteluun perustuvissa rakenteissa tarvitaan tietokoneavusteista konsepti- ja tuotesuunnittelua, muodonmuutosten simulointia sekä rakenneanalyysiä. Samoja menetelmiä käytetään kone- ja rakennustekniikan rakenneratkaisujen suunnittelussa, materiaali sekä kokoluokka ja sovellus vain ovat erilaisia.”

Origamirakenteita on Niirasen mukaan käytetty aikaisemmin muun muassa biolääketieteessä, jossa DNA-tyyppinen origamirakenne taittuu pieneen kasaan, avautuakseen myöhemmin kehossa. Myös luonnonmukaisten liikkeiden jäljittelyä tavoitteleva pehmeä robotiikka voi pohjautua origameihin. Muun muassa lentokoneissa käytetään usein niin kutsuttuja sandwich-rakenteita, joissa pintalevyjen välissä on tyypillisesti kennomainen ydinrakenne, joka voi perustua origamitaitteluun.

”Nyt alkavassa hankkeessa tutkitaan pääasiassa origamirakennetta sellaisenaan, koska taittelurakennetta ei ole aina välttämätöntä, eikä ehkä tarkoituksenmukaistakaan, jäykistää sandwich-rakenteista tutuilla pintalevyillä. Harkituilla taitoksilla voidaan säätää taitoskuvioita ja sen myötä esimerkiksi jäykkyyttä, liikesuuntia ja -ratoja.”

Taiteiden ja suunnittelun korkeakoulusta hankkeessa ovat mukana professori Masood Masoodian ja muotoilun tutkija, pakkausmaailman asiantuntija Markus Joutsela, joka tulee ratkaisemaan muun muassa erilaisia pakkausten toiminnallisuuksiin liittyviä haasteita. Lisäksi he selvittävät taitellun rakenteen laajempaa potentiaalia tehokkaassa visuaalisessa viestinnässä useissa eri käyttökohteissa.

”On tärkeää miettiä yritysmaailman käyttökohteita taitellulle rakenteelle, ja miten näitä uusia ratkaisuja voitaisiin tukea”, Joutsela sanoo.

”Hanke on teknologiavetoinen, ja olemme tutkimassa teollisen tuotannon mahdollisuutta erilaisille Miura-taittelurakenteille. Tutkimushankkeessa painopiste on yleisellä tasolla, mutta esimerkiksi verkkokaupan pakkaussovellukset ja fossiilipohjaisten pakkausmateriaalien käytön vähentäminen yhdistävät useita hankkeessa mukava olevia yrityksiä. Hankkeessa syntyy prototyyppejä erilaisia käyttötarkoituksia varten. Taittelun avulla voidaan tehdä tosi näyttäviä rakenteita.”

Peltonen lähestyy taitteluominaisuuksia matemaattisten mallien kautta.

”Materiaalin paksuus estää taittelemasta sitä loputtomasti päällekkäin, mikä olisi mahdollista äärettömän ohuelle ideaalisen matemaattisen mallin mukaiselle materiaalille. Materiaalilla voi toisaalta olla venyvyyttä, jonka ansiosta taittelu voi käytännössä onnistua, vaikka se ei matemaattisen ennusteen mukaan olisi mahdollista. Matematiikka ei voi yksin vastata näihin kysymyksiin, ja siksi tarvitsemme aitoa monialaista yhteistyötä.”

Hanke sai alkunsa jo vuonna 2017, kun VTT kiinnostui taittelusta ja teollisen hankkeen käynnistämisestä. Vuosina 2018-2021 materiaalien biotalouteen keskittyvässä Suomen Akatemian rahoittamassa Aallon ja VTT:n yhteisessä FinnCERES-lippulaivassa oli yksi taitteluun keskittyvä projekti joka loi perustan nyt alkavalle Co-Innovation -yhteishankkeelle.