Tällä sivulla
Satelliittien tarve, avaruusromuongelman ratkaiseminen, tutkimusasemat ja mahdolliset siirtokunnat ihmisille – avaruus työllistää ihmisiä maan päällä monin tavoin. LUT-yliopiston JHC-haaste kurkottaakin vuonna 2023 avaruuteen. LUTin protopaja JHC, tiedekeskus Heureka ja sahateollisuuden digitalisaatioyritys Finnos Oy haastavat opiskelijat kehittämään avaruuden kestäviä rakenteita.
Materiaalit ovat ensimmäisessä prototyyppivaiheessa edullisia ja helppoja työstää. JHC:n projektipäällikkö Terhi Virkki-Hatakka kertoo, että testivaiheeseen sopivat esimerkiksi paperi, pahvi, puu ja kangas, jos testataan vaikkapa laitteen osien sovittamista toisiinsa tai rakenteen avaamista ja sulkemista. Avaruudessa tarvitaan sen sijaan kylmän, kuuman, säteilyn ja painovoimattomuuden kestäviä materiaaleja – toki riippuen siitä, ovatko materiaalit käytössä avaruusaluksessa vai sen ulkopuolella.
Avaruudesta haetaan apua maapallon ongelmiin
JHC-haasteen suunnitelmista yksi keskittyy avaruusromun hävittämiseen, kolme tai neljä auttaa astronautteja säilyttämään terveytensä avaruusolosuhteissa, ja kaksi suunnitelmaa perehtyy avaruudessa tapahtuvaan rakentamiseen. Tarkemmin sanoen kehitteillä on esimerkiksi koko kehon puristuspuku, unimaski avaruusolosuhteisiin ja kiertoradalla ultraäänipinnalla tapahtuva kierreputkien tuotanto.
Helsingin yliopiston laskennallisen avaruusfysiikan professori Minna Palmroth on sanonut, että ”avaruus on nyt samalla lailla tapetilla kuin se oli 1960-luvun lopulla, kun oli kisa kuuhun pääsystä.” Alan osaajista on kova pula, sillä avaruuden tutkiminen saattaa auttaa ratkaisemaan myös joitakin maapallon ongelmia.
”JHC ei markkinoi opiskelijoiden töitä, mutta opiskelijat voivat itse kaupallistaa ideansa. Aiempina vuosina joitain JHC-haasteessa mukana olleita aihioita on viety eteenpäin esimerkiksi LUTESin Forward-ohjelmassa, jossa keskitytään ideoiden kaupallistamiseen”, Terhi Virkki-Hatakka kertoo.
LUTES on opiskelijavetoinen yrittäjäyhteisö LUTin ja LABin opiskelijoille.
Avaruusromua keräävä satelliitti
”Ideamme on rakentaa käsitteellinen malli satelliitista, joka kerää roskat avaruudessa. Roskat voivat olla mitä tahansa hiukkasia, suuria rikkinäisten satelliittien palasia tai muuta roskaa, joka voi mahdollisesti vahingoittaa maapalloa tällä hetkellä kiertäviä satelliitteja. Meidän satelliittimme on tarkoitus asettaa matalalle Maan kiertoradalle, missä laitteemme poimii roskat yksitellen robottikäden avulla ja laittaa ne sisäänsä.
Alun perin meidän piti tehdä kiertoradalla oleva autonominen kierrätysasema, mutta idea yksinkertaistui sellaiseksi, jonka voimme rakentaa aika- ja budjettirajoitukset huomioiden.
Ensimmäinen askel on luoda tarkka 3D-malli, jolla varmistetaan, että kaikki toimii odotetutusti, emmekä tuhlaa materiaaleja. Sen jälkeen alamme rakentaa ja koota kappaleita. Lopuksi meidän on ohjelmoitava koko järjestelmä, mikä on yleensä vaikeinta. Ohjelmoinnin ei pitäisi kestää kauaa, koska kyseessä on yksinkertainen robottikäsi yhdistettynä taitettaviin paneeleihin sekä puristusjärjestelmään. Tehtävä on haastava, niin kuin pitääkin olla, mutta uskon, että saamme kehitettyä sovelluksesta vielä nykyistä paremman.
Minun näkökulmastani vaikeinta on kompressointijärjestelmän rakentaminen (laitteen sisälle kerääntyvän roskan litistämiseksi) sekä järjestelmä, jolla satelliitti laajenee sivusuunnassa. Idea siitä, mihin satelliitin keräämät roskat aiotaan lopulta hävittää, on sekin työn alla.
Koska meillä ei ole avaruuskeskus NASA:n kaltaisia varoja, luomme mallin saatavilla olevista materiaaleista, kuten vanerista, alumiinilevyistä, akryylistä ja 3D-tulostetuista osista, servo- ja askelmoottoreista, aurinkopaneeleista, akuista, mikro-ohjaimista ja muista tarvikkeista.”
Sergey Vorobey, Technology and Engineering Science -kandidaattiohjelman opiskelija
Opiskelijatöitä nähdään mahdollisesti Heurekassa
Idea avaruusaiheiseen JHC-haasteeseen tuli Heurekalta. Tiedekeskus suunnittelee parhaillaan avaruusaiheista näyttelyä, jonka on tarkoitus avautua helmikuussa 2024.
Heureka kiinnostui yhteistyöstä JHC:n kanssa, kun Jamie Hynemanista tuli LUTin työelämäprofessori. JHC-haaste tarjosi sopivan väylän toteutukselle.
”Avaruusnäyttely on tarinallinen, ja siinä pääsee tekemään erilaisia tehtäviä avaruusalan ammattilaisten opastamana. Ammattilaisten kirjoon kuuluu eri alojen tutkijoita, teknisiä osaajia ja jopa avaruuslakien asiantuntija”, kertoo näyttelytuottaja Sami Pihkala Heurekasta.
Se, nähdäänkö JHC-haasteen töitä Heurekan tulevassa avaruusnäyttelyssä, on vielä avoinna. Kaiken pitää olla erityisen lujaa tekoa, koska näyttelyssä on tarkoitus kokeilla laitteita itse ja suuri osa näyttelyvieraista on lapsia. Se asettaa Virkki-Hatakan mukaan omat vaatimuksensa näyttelyihin tuleville esineille.
”Mikäli avaruushaasteessa tulee esiin sellaisia ideoita, jotka sopisivat myös Heurekan näyttelyyn, näistä voidaan tehdä yleisönkestävä versio”, hän sanoo.
Finnos haluaa olla läsnä opiskelijoille
Virkki-Hatakka kertoo, että JHC toivoi Finnosta yhteistyökumppaniksi JHC-haasteeseen jo alkuvuodesta 2022, silloin nimellä ympäristöhaaste. Koronarajoitukset kuitenkin haittasivat vielä tekemistä ja yhteistyötä päätettiin siirtää eteenpäin.
Finnos myy tekoälypohjaisia mittauspalveluita sahateollisuudelle. Yritys kertoo olevansa maailman johtava tukkiröntgenvalmistaja. Vaikka Finnoksen liiketoiminnan ydin on vahvasti maan pinnalla, yritys halusi lähteä mukaan JHC:n avaruushaasteeseen sponsoroimalla töiden rakentamista.
”Levitämme hyvää, kun on siihen mahdollisuus. Pääsemme lähemmäs yliopistoa ja olemme läsnä opiskelijoille. Mukana olo on linjassa sen kanssa, että haluamme olla kehityksen kärjessä tavoittelemassa toimialallamme maailmanherruutta", kertoo Finnoksen toimitusjohtaja Jere Heikkinen.
Heikkisen mukaan Finnos ei pysty suoraan hyödyntämään JHC-haasteen opiskelijatöitä, mutta:
”Jos töissä hyödynnetään lisättyä todellisuutta tai virtuaalitodellisuutta, ideoita voitaisiin mahdollisesti käyttää jollain tavalla myös meidän toiminnassamme.”
Koko kehon puristuspuku
”Sain ideani lukemalla artikkeleita jokapäiväisestä elämästä Kansainvälisellä avaruusasemalla (ISS). Ensimmäinen ideani oli makuupussi, joka helpottaa ilmanvaihtoa ja vaimentaa melua, mutta ratkaisut tuntuivat liian triviaaleilta. Halusin enemmän haastetta. Sitten sain tietää, että astronautit kärsivät merkittävästä luukadosta, vaikka he treenaisivat säännöllisesti. He voivat menettää kuukaudessa prosentin luumassastaan. Päätin yrittää vähentää tätä menetystä.
Voimankäytön optimointi tulee olemaan suunnittelun haastavin osa. Luiden aksiaalista (ts. pituussuuntaista) puristamista koskeva ongelma voidaan ratkaista helposti käyttämällä hihnoja, mutta vaikeinta on todennäköisesti ylläpitää mahdollisimman aksiaalista voimaa. Jos luuta puristetaan voimakkaammin toiselta puolelta kuin toiselta, se voi taivuttaa luuta ja aiheuttaa enemmän haittaa kuin hyötyä.
Pukua voi säätää käyttäjän mittoihin sopivaksi. Myös käytettävä voima on säädettävissä.
Ensimmäiseksi tutkin vaihtoehtoja joustavalle kangaspuvulle, joka toimii suunnittelun kehyksenä. On tärkeää valita ihanteellinen materiaali jäykistyskomponenteille. Materiaalin tulee olla riittävän vahvaa kestääkseen hihnat ja samalla riittävän kevyttä. Voisi olettaa, että avaruudessa käytettävän esineen painolla ei ole merkitystä, mutta raskaammat esineet vaativat enemmän polttoainetta, jotta ne saadaan avaruuteen. Sopiva materiaali on todennäköisesti joko puuta tai muovia. Seuraava vaihe on jäykistyskomponenttien suunnittelun optimointi ja sen testaus.”
Jake Cumens, Mechanical Engineering -maisteriopiskelija, JHC:n assistentti
JHC-haaste
◼ Avoin sekä LUT-yliopiston että LAB-ammattikorkeakoulun opiskelijoille. Vuonna 2023 loppuvaiheeseen valittiin seitsemän ryhmää (käytännössä kaikki hakijat).
◼ LUTin protopaja JHC tarjoaa tilat ja työkalut prototyyppien tekemiseen. Finnos Oy tukee valittujen ideoiden rakentamista taloudellisesti.
◼ Sparraus- ja valintaraadissa istuvat LUTin työelämäprofessori Jamie Hyneman sekä protopaja JHC:n, tiedekeskus Heurekan ja digitalisaatioyritys Finnos Oy:n edustajat.
◼ Opiskelijatöiden arviointikriteereinä ovat esimerkiksi rakenteen keveys, kestävyys, helppous koota ja avata. Lisäksi huomioidaan idean toteutettavuus ja niin sanottu wow-efekti.
◼ Jamie Hyneman auttaa opiskelijaryhmiä kehittämään ideoitaan ja toteuttamaan ratkaisunsa ensimmäisen prototyypin kevätkaudella 2023.
◼ LUTin protopaja JHC tarjoaa tilat ja työkalut prototyyppien tekemiseen. Finnos Oy tukee valittujen ideoiden rakentamista taloudellisesti.
◼ Sparraus- ja valintaraadissa istuvat LUTin työelämäprofessori Jamie Hyneman sekä protopaja JHC:n, tiedekeskus Heurekan ja digitalisaatioyritys Finnos Oy:n edustajat.
◼ Opiskelijatöiden arviointikriteereinä ovat esimerkiksi rakenteen keveys, kestävyys, helppous koota ja avata. Lisäksi huomioidaan idean toteutettavuus ja niin sanottu wow-efekti.
◼ Jamie Hyneman auttaa opiskelijaryhmiä kehittämään ideoitaan ja toteuttamaan ratkaisunsa ensimmäisen prototyypin kevätkaudella 2023.
Lisätietoja:
