VTT laajentaa kehittämänsä tietokoneavusteisen materiaalikehityksen (ICME, Integrated Computational Materials Engineering) työkalun soveltamisalaa.
Jatkossa ratkaisu sopii kovien materiaalien lisäksi pehmeiden materiaalien, kuten puun ja muovin, mallintamiseen ja suunnitteluun. Näin kehitysprosessiin kuluva aika voidaan jopa puolittaa.
ProperTune-nimisen työkalun avulla voidaan myös pienentää tuotekehityksen kuluja, vähentää ympäristölle haitallisten materiaalien käyttöä sekä suunnitella uusia, entistä parempia materiaaleja.
”Tuotteiden kehittäminen virtuaalisesti on nykypäivää”, sanoo VTT:n tutkimustiimin päällikkö Antti Puisto.
”Tulevaisuudessa perinteisten materiaalien hankkiminen kallistuu ja hankaloituu entisestään. Esimerkiksi akkujen ja paristojen valmistamiseen tarvitaan suuria määriä maametalleja, joiden saatavuus on heikkoa. Siksi muun muassa litiumille tarvitaan biopohjaisia vaihtoehtoja.”
Bakteerit tuottamaan suojapinnoitetta
ProperTune yhdistää fysiikkaperusteisen monitasomallintamisen ja datavetoisen tekoälyn. Työkalulla voidaan luoda mikrorakenteeltaan tarkkoja materiaaleja ja niihin kohdistuvia kuormia realistisissa olosuhteissa.
Työkalu analysoi tuotteet ja materiaalit mallintamalla sitä, kuinka niihin kohdistuvat ympäristö- ja kulumistekijät vaikuttavat lopputuotteeseen.
Pehmeissä materiaaleissa kiinnostavimpiin tutkimuskohteisiin kuuluvat bakteerit, sillä niitä on käytännössä loputon määrä.
“Esimerkiksi pahvimukeissa on usein suojaava pinnoite, joka estää nestettä tuhoamasta mukia. Yleensä pinnoite on valmistettu petrokemiallisista polymeereistä eli muovista”, Puisto kertoo.
Tulevaisuudessa pinnoite voitaisiin hänen mukaansa korvata kestävällä, bakteerien tuottamalla vaihtoehtoisella polymeerillä.
”Lopputuloksena syntyviä pahvimukeja voitaisiin kierrättää yhä uudelleen ja uudelleen.”
Uusia mahdollisuuksia rakennusalalle
Virtuaalinen materiaalisuunnittelu luo mahdollisuuksia myös rakennusalalle. Rakennusten seinäeristeet tehdään usein petrokemiallisista polymeereistä tai mineraalivillasta. Molemmat materiaalit päätyvät tuotteen elinkaaren loppuvaiheessa kaatopaikalle.
“Miten kehitetään vaihtoehtoinen eriste, joka ei pilaannu seinien välissä, mutta joka ei aiheuta ympäristöhaittoja, kun sen elinkaari päättyy? Tarvitaan biohajoava materiaali, joka kestää käytössä 50 vuotta. Tällaisiin haasteisiin me haluamme tarttua”, Puisto sanoo.
VTT:n materiaalikehityksen työkalua ovat hyödyntäneet muun muassa Caterpillar, Kone ja Wärtsilä. Nyt tutkimuskeskuksella on myös pehmeistä materiaaleista kiinnostuneita asiakkaita.
“Teemme yhteistyötä asiakkaidemme ensimmäisten uraauurtavien projektien parissa löytääksemme ja kehittääksemme vaihtoehtoja käytössä oleville pehmeille materiaaleille.”
(Kuva VTT) Visualisointi sellulaasientsyymeistä hajottamassa selluloosakuitua. Mallinnus voi tehdä pehmeiden materiaalien suunnittelusta huomattavasti aiempaa nopeampaa.
