Kuvantamistekniikat arkipäivää Xamkin Kuitulaboratoriolle

Kuvantamisteknologiat kehittyvät maailmassa huimaa vauhtia. Kehitystä eteenpäin ajavia toimialoja ovat lääketiede, autoteollisuus ja kuluttajaelektroniikka. Kuvantamisteknologioiden määrittely ei ole ihan helppoa.

Joensuussa puhutaan fotoniikasta, valoon perustuvista teknologioista ja kuvantamisteknologioiden tyypillisin muoto onkin optinen kuvantaminen, joka käyttää hyödykseen valoa ja fotoneiden kykyä tuottaa kuvaa. Valon elektromagneettiset aallonpituudet ovat tällöin ultravioletin, näkyvän valon tai infrapuna-alueilla.

Lisäksi teknologiaan kuuluvat laskennalliset kuvantamisteknologiat, joissa sensorit ja tietokonein käsiteltävät algoritmit tuottavat kuvaa mielenkiinnon kohteista olevista ilmiöistä, joita on mahdoton havainnoida suoraan.

Sovellettu metsäteollisuuden prosesseissa

Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulun Xamkin Kuitulaboratoriossa on tutkimusyksikön perustamisen alkuhetkistä lähtien oltu kiinnostuneita kuvantamisteknologioista.

Menetelmiä onkin jo yli 10 vuoden ajan kehitetty ja sovellettu erityisesti metsäteollisuuden prosessi-ilmiöiden kokeelliseen tutkimukseen. Tuloksia onkin hyödynnetty likapartikkelien erottamiseen kuitumassasta, valkaisun tehostamiseen, jätevesitutkimukseen sekä kartonkikoneiden kemikaalien käytön tehostamiseen.

Yhteistyötä on vuosien varrella tämän teknologian parissa tehty niin Lappeenrannan teknillisen yliopiston konenäkötutkimusryhmän, Itä-Suomen yliopiston optiikan tutkijoiden kuin Valtion teknologian tutkimus VTT:n kanssa. Kehitystyössä on ollut mukana myös alan eturivin teknologiayrityksiä, kuten Vaisala ja Pixact Oy.

Kuvantamisteknologiat ovat tärkeässä roolissa Kuitulaboratorion strategiassa ja tavoitteessa kehittää tehdasprosesseja entistä energia- ja ympäristöystävällisemmäksi.

– Kun saamme tietokoneen ruudulle näkyväksi, kuinka esimerkiksi prosessissa virtaava sellukuitu ja kemikaalit käyttäytyvät, rupeaa sekä tutkijoiden että asiakasteollisuutemme ideat sinkoilemaan. Kohta suunnittelupöydällä on idea, kuinka prosessia tai laitettava pitäisi konkreettisesti muuttaa ja kehittää tehokkaammaksi, Kuitulaboratorion johtaja Tapio Tirri sanoo.

Xamk Kuitulaboratorion onkin käynnistänyt teknologiatiekartan laadintatyön näiden teknologioiden käytön tehostamiseksi tulevaisuudessa.

Teknologiatiekartta antaa suuntaviivat tulevaisuuteen

Vuoden 2019 loppupuolella Xamk Kuitulaboratorio ja Elektroniikan 3K-tehdas käynnistivät yhteistyön VTT:n optisten mittausteknologioiden Oulun tutkimusryhmän kanssa metsäteollisuuden kannalta mielenkiintoisten tulevaisuuden kuvantamisteknologioiden kartoittamiseksi.

Tiekartta työssä tuotetaankin metsäbiotalouden prosessitutkimuksessa ja – kehityksessä tarvittavien kuvantamisteknologioiden osaamisen ja sovellusten tiekartta (roadmap).

Työ sisältää laajan katsauksen nykyteknologioihin ja niiden keskeisiin sovelluksiin. State-of-the-art-osassa käsitellään hyperspektrikuvantamista, 3D -kuvantamista, mikroskopiaa, tomografiaa, spektrikuvantamista eri aallonpituusalueilla, perinteistä konenäköteknologiaa sekä joitakin aputeknologioita, jotka liittyvät kuvantamiseen.

Työssä huomioidaan Xamkin lisäksi tärkeiden tutkimuspartnereiden kuten Luonnonvarakeskuksen ja VTT:n biomateriaalitutkimuksen esittämiä tarpeita. Myös tiettyjä erityistarpeita, kuten tekstiilikuidun teollisen kierrätyksen prosessihaasteita uusiomateriaaleiksi tarkastellaan työssä.

– Tämän tulevaisuuteen tähtäävän tiekarttatyön laadinta on meillekin uutta avartava kokemus erityisesti Suomelle tärkeän metsäbiotalouden kehittämiseen uusien teknologioiden avulla, erikoistutkija Vili Kellokumpu, VTT konenäkö- ja optisten mittausten tutkimusryhmästä sanoo.

Työssä arvioidaan esimerkiksi fotonilaskentaan perustuvan 3D-kuvantamistekniikan soveltuvuutta metsäteollisuuden prosesseihin. Teknologian etuihin kuuluu mahdollisuus kuvata väliaineen kuten savun tai sumun läpi. Kuva-analyysissä on voimakkaana vallitsevana trendinä tekoälyn hyödyntäminen.

Monet kuvantamistekniikoiden laitteet ovat siirrettäviä, jolloin niitä on mahdollista käyttää esimerkiksi kenttäolosuhteissa sekä toisaalta myös pienissä tiloissa. Laitteita voidaan myös kustomoida, ja valita esim. tietyt aallonpituudet, joilla päästään syvemmin keskittymään tiettyyn sovelluskohteeseen.

Työ jalkautetaan tiedotuksin ja julkaisuin sekä aktiivisella hankevalmistelulla alan toimijoiden kanssa.