Kännykän virta on useimmiten loppumaisillaan juuri silloin kun laitteen lataaminen on hankalinta, esimerkiksi mökkireissulla tai ulkomaanmatkalla. Olisi helpompaa, jos virransaannista ei tarvitsisi huolehtia akun tai pattereiden avulla. Jatkossa älykkäät materiaalit mahdollistavat tämän.
"Älykkäät pietsosähköiset materiaalit toimivat monella eri tavalla", tutkija Jari Juuti Oulun yliopiston sähkö- ja tietotekniikan osastolta selventää. "Niiden avulla voidaan tuottaa liikettä tai energiaa."
Tuotaessa pietsomateriaaliin sähkökenttä kappaleen muoto muuttuu, minkä avulla tuotetaan liikettä ja ääntä sekä vaimennetaan tai tunnistetaan värähtelyä. Koska ilmiö toimii myös vastakkaisesti, voidaan älykkään materiaalin muodonmuutoksella tuottaa energiaa.
Aihetta tutkitaan Oulun yliopiston sähkö- ja tietotekniikan osastolla. Mikroelektroniikan ja materiaalifysiikan laboratorioiden materiaalien ja rakenteiden tutkimusryhmät tekevät maailmanlaajuisesti merkittävää älykkäiden materiaalien kehitystyötä.
"Sinällään pietsosähköinen ilmiö on tunnettu 1880-luvulta lähtien, ja materiaalien ensimmäiset sovellukset olivat käytössä jo toisessa maailmansodassa", tutkija Jari Juuti kertoo. Mielenkiinto aihetta kohtaan on kasvussa. "Sovelluskohteita kehitetään aktiivisesti, jotta materiaaleja voitaisiin toden teolla hyödyntää."
Tulevaisuudessa älykkäiden materiaalien uusien sovelluksien avulla voidaan vaikuttaa pieniin teknologisiin valintoihin, joista kuitenkin syntyy suuria kokonaisuuksia. Esimerkiksi uusimmissa automalleissa on otettu käyttöön pietsomateriaaleihin perustuva dieselpolttoaineen ruiskutus.
Menetelmä parantaa dieselmoottoreiden hyötysuhdetta, mikä vähentää päästöjä ja lisää moottorin tehoa.
Lisäksi uudenlaiset moottorit tuottavat vähemmän melua. Materiaalivalinnalla voidaan siis saada aikaan useita suotuisia ympäristövaikutuksia.
Älykkäillä materiaaleilla on perinteisen elektroniikan alalla paljon kilpailijoita, mutta tekniikan kehitys luo kysyntää myös uudenlaisille ratkaisuille. "Pietsomateriaalien valttina on kompakti rakenne, energiatehokkuus, nopeus, tarkkuus ja pieni virrankulutus", professori Heli Jantunen sähkö- ja tietotekniikan osastolta kertoo.
Tulevaisuudessa akut ja paristot voidaan korvata älykkäillä materiaaleilla, jotka keräävät energiaa talteen ihmisen liikkeestä tai laitteen tärinästä. Esimerkiksi kenkään kiinnitettävällä muuntimella voidaan tuottaa sähköä kannettavalle laitteelle. "Muuta virtalähdettä ei tarvita", Juuti kertoo. Uusimpien kuulolaitteiden energiansaanti on jo toteutettu vastaavalla järjestelmällä.
Kerätyn energian ensisijainen hyödyntämiskohde on pienissä laitteissa.
Suureksi energiantuottajaksi materiaaleista ei vielä ole. "Suuria säästöjä voidaan silti saada aikaan erilaisilla älykkäiden materiaalien sovelluksilla", professori Jantunen kertoo. Sähkönkulutus vähenisi huomattavasti asentamalla rakennuksiin valaistusta automaattisesti himmentäviä sensoreita.
"Energian kerääminen pietsokomponentilla on tulevaisuutta", Jantunen toteaa. Pallo on tällä hetkellä laitteiden suunnittelijoilla. "Vaikka älykkäät materiaalit tarjoavat lähes rajattomasti sovelluskohteita, niitä ei ole vielä käytetty tehokkaasti edes anturointiin tai tarkkojen liikkeiden tuottamiseen."
Lisätietoja: Oulun Yliopisto, sähkö- ja tietotekniikan osasto, mikro-elektroniikan ja materiaalifysiikan laboratoriot, http://www.ee.oulu.fi/research/miklab/; Nordic Innovation Center, http://www.nordicinnovation.net/; SINTEF, http://www.sintef.no/