Euroopan unioni Vipuvoimaa EU:lta

Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittaman hankkeen kuvaus

1 Hanke

Hankekoodi: A70137

Hankkeen nimi: Liikettä ja voimaa tuottavien metalliseosten ja niiden sovellusten kehittäminen

Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen

Erityistavoite: 4.1. Tutkimus-, osaamis- ja innovaatiokeskittymien kehittäminen alueellisten vahvuuksien pohjalta

Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.1.2015 ja päättyy 30.4.2017

Toiminnan tila: Toiminta päättynyt

Vastuuviranomainen: Etelä-Savon maakuntaliitto

2 Hakijan perustiedot

Hakijan virallinen nimi: Lappeenrannan teknillinen yliopisto

Organisaatiotyyppi: Yliopisto

Y-tunnus: 0245904-2

Jakeluosoite: Laitaatsillantie 3

Puhelinnumero: 050 4105376

Postinumero: 57200

Postitoimipaikka: Savonlinna

WWW-osoite: http://www.lut.fi

Hankkeen yhteyshenkilön nimi: ULLAKKO KARI MARTTI

Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Tutkimusjohtaja

Yhteyshenkilön sähköpostisoite: kari.ullakko(at)lut.fi

Yhteyshenkilön puhelinnumero: 050 4105376

Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely: Vain yksi hakija

3 Suunnitelman mukainen tiivistelmä toteutuksesta

Tavoitteet:
Hankkeen tavoitteena on luoda pohjaa uuden liiketoiminnan aloittamiselle maakuntaan tuottamalla uutta tietoa älykkäistä liikettä ja voimaa tuottavista Ni-Mn-Ga-pohjaisista materiaaleista. Tätä tietoa voidaan soveltaa nykyisten ja perustettavien teknologiayhtiöiden tuotekehityksessä. Tavoitteena on luoda uutta kilpailukykyä maakuntaan älykkäiden materiaaliratkaisujen avulla. Ni-Mn-Ga-pohjaisia materiaaleja käytetään mm. tuottamaan sähköenergiaa mekaanisesta värähtelystä sekä tekemään liikettä pumpuissa ja venttiileissä sekä mikrolaitteissa esim. öljyä korvaavissa synteettisen biologian sovelluksissa. Projektin tavoitteena tuottaa myös tieteellisiä julkaisuja. Korkeatasoisen ja kansainvälisen materiaalitekniikan tutkimuksen lisäksi missiomme on olla tukemassa Savonlinnan alueen teknologiateollisuuden uudistumista.

Toimenpiteet:
Projektissa selvitetään Ni-Mn-Ga-materiaalien liikkeen ja voima tuottamisen kannalta tärkeitä ilmiöitä ja mikrorakenteita sekä tehdään suunnitelma sille, miten Ni-Mn-Ga-materiaalista valmistettuja elementtejä voidaan valmistaa sarjatuotantona. Projektissa kehitetään sellaisia materiaalin rakenneratkaisuja, jotka mahdollistavat sen, että materiaalin tuottama liike ja voima eivät riipu lampötilasta. Selvitämme Ni-Mn-Ga-materiaalien valmistustekniikoita, joita käyttämällä elementtejä voidaan valmistaa suuria määriä teollisissa sovelluksissa. Kehitämme myös lujia muistimetallikomposiitteja. Selvitämme projektin tulosten mahdolliset kaupallistamispolut. Tutkimme myös, millä liiketoiminta-alueilla on riittävän suuri kaupallinen potentiaali. Pilottilaitteet avainsovelluksista auttavat teknologiamme markkinointia.

Tulokset:
Projektin tuloksena syntyy uusia ratkaisuja ja nykyistä paremmin toimivia liikettä ja voimaa tuottavia materiaaleja, joista voidaan tehdä demonstraatiolaitteita ja myöhemmin myös tuotteita alueen yrityksissä. Teknisen kehitystyön ja kaupallistamisselvitysten pohjalta on määrä syntyä yhtiö, joka valmistaa liikettä ja voimaa tuottavia Ni-Mn-Ga-elementtejä laitevalmistajille Euroopassa, USAssa ja Japanissa. Kehittämämme teknologian avulla parannetaan myös alueella toimivien yhtiöiden kilpailukykyä.

Älymateriaaliteknologiamme kaupallistaminen ja sen levittäminen laajoille sovellusalueille uusissa yrityksissä ja alueella jo toimivissa yrityksissä saattaa johtaa kerrannaisvaikutuksineen huomattavan suureen työllistämisvaikutukseen.

4 Hankkeen kohderyhmät

4.1 Varsinaiset kohderyhmät

Tutkimus tehdään omassa laboratoriossamme. Projektissa hyödynnettävää perustutkimustietoa saadaan mm. Suomen Akatemian projektista, jossa on huipputason yhteistyökumppaneita USAsta, Ukrainasta ja Israelista. Esimerkiksi Israelilainen tutkimuspartnerimme Technion – Israel Institute of Technology on saanut kolme Nobelia viimeisen kymmenen vuoden aikana. Tutkimuksemme tietyillä osa-alueilla kohderyhminä ovat nuo yhteistyöyliopistot: Boise State University, ID, USA, Kiovan metallifysiikan instituutti sekä Technion. Sovelluskehityksessä ensisijaisena kohderyhmänä ovat projektia rahoittavat yritykset. Savonlinnan Yrityspalvelut Oy:n 3K-tehtaassa on määrä jatkokehittää Ni-Mn-Ga-materiaaleihin perustuvia pilottilaitteita toisessa Etelä-Savon maakuntaliiton projektissa, jota on haettu tänä syksynä.

4.2 Välilliset kohderyhmät

Välillisenä kohderyhmänä ovat sellaiset yhtiöt, jotka voisivat kehittää uusia tai korvata vanhoja tuotteitaan kehittämäämme teknolgiaan perustuvilla uusilla tuotteilla:

- Nykyiset alueella olevat teknologiayhtiöt: MSM-teknologia voi tuoda nykyiset, esim. valmistavan teollisuuden komponenttivalmistajien tuotteet uudelle kilpailukykyisemmälle tasolle sekä teknisesti että taloudellisesti.

- Alihankintaa nykyisin tekevät teknologiayhtiöt: Kehittämämme teknologia voi myös poikia uusia mahdollisuuksia jo olemassa olevien tuotesovellusten kylkeen, esimerkiksi yrityksille, jotka nyt tekevät alihankintaa ja komponentteja muulle teollisuudelle. Nämä yritykset voivat alkaa kehittää uusia omia tuotteita nykyisille ja uusille asiakkailleen.

- Pääomasijoittajat ja teknologiastamme kiinnostuneet muut tahot: Teknologiamme mahdollistaa myös uuden liiketoiminnan luomisen perustettavissa yhtiöissä.

5 Projektin julkinen rahoitus, euroa

Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 222 614

Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 222 614

Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 289 318

Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 300 620

6 Maantieteellinen kohdealue

Maakunnat: Etelä-Savo

Seutukunnat: Savonlinnan

Kunnat: Savonlinna

Toteutuspaikan osoite, jos hanke toteutetaan yhdessä paikassa

Jakeluosoite: Laitaatsillantie 3

Postinumero: 57200

Postitoimipaikka: Savonlinna

7 Hakemusvaiheessa ilmoitettavat arviot hankekohtaisista seurantiedoista

7.1 Uusien työpaikkojen määrä (kysytään vain erityistavoitteisiin 1.1, 2.1 ja 3.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 10, joihin työllistyvät naiset 3

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0, joihin työllistyvät naiset 0

7.2 Uusien yritysten määrä (kysytään vain erityistavoitteeseen 1.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0, joista naisten perustamia 0

8 Horisontaaliset periaatteet

8.1 Sukupuolten tasa-arvo

Hankkeessa on tehty toimintaympäristön analyysi sukupuolinäkökulmasta: Ei
Hankkeessa ei ole tehty toimintaympäristön analyysia sukupuolinäkökulmasta.
Sukupuolinäkökulma on huomioitu hankkeen toiminnassa (valtavirtaistaminen): Kyllä
Sukupuolinäkökulma on huomioitu hankkeen toiminnassa. Tässä projektissa on kuitenkin vain yksi henkilö.
Hankkeen päätavoite on sukupuolten tasa-arvon edistäminen: Ei
Hankkeessa pyritään edistämään sukupuolten tasa-arvoa, mutta se ei silti ole hankkeen päätavoite.

8.2 Kestävä kehitys

VälitönVälillinen
Ekologinen kestävyys
Luonnonvarojen käytön kestävyys 2 3
Kehittämämme älymateriaalit korvaavat liikkuvia koneenosia ja pienentävät laitteita, mikä vähentää materiaalien tarvetta ja siten säästää luonnonvaroja. Konseptiesimerkkinä on ompelukoneen korvaaminen neulaa liikuttavalla älymateriaalilla. Älymateriaaliimme perustuvat mikropumput korvaavat perinteisten pumppujen liikkuvat osat, mikä säästää luonnonvaroja.
Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen 2 3
Materiaalimme tuottama liike on nopea ja tarkka. Esimerkiksi polttoaineinjektoreissa ja imu- ja pakoventtiilien ohjaamisessa materiaalimme voivat vähentää päästöjä ja lisätä moottorin tehoa.
Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus 0 0
Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) 0 0
Natura 2000 -ohjelman kohteet 0 0
Taloudellinen kestävyys
Materiaalit ja jätteet 2 2
Koneissa tarvittavien materiaalien tarve ja samalla myös jätteiden määrä vähenee (kts. kohta "Luonnonvarojen käytön kestävyys").
Uusiutuvien energialähteiden käyttö 2 4
Materiaalimme tuottavat sähköenergiaa mekaanisesta värähtelystä kuten koneiden ja laitteiden tärinästä.
Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen 2 3
Älykkäisiin materiaaleihin perustuvien laitteiden valmistus sekä siihen liittyvä palveluliiketoiminta voivat muodostaa tulevaisuudessa uuden teollisen tukijalan maakuntaan.
Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen 3 4
Aivan kuin on käynyt mobiililiiketoiminnassa niin voi tapahtua myös älykkäisiin materiaaleihin perustuvassa liiketoiminnassa, että aineettomien tuotteiden myynti tulee jossain vaiheessa ylittämään laitemyynnin. Esimerkiksi kehittämillämme lab-on-chip´eillä saatetaan tulevaisuudessa analysoida ravintolassa kanafileen alkuperä dna-näytteestä. Tämän tyyppisissä kuluttajasovelluksissa palveluliiketoiminnalla voi olla suuret markkinat.
Liikkuminen ja logistiikka 2 3
Voidaan kehittää mmm. navigaattorisovelluksia, joissa kartalla risteystä osoittavaa sormea liikutetaan haluttuun suuntaan.
Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus
Hyvinvoinnin edistäminen 2 3
Erityisesti terveysteknologia.
Tasa-arvon edistäminen 0 0
Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus 0 0
Kulttuuriympäristö 0 0
Ympäristöosaaminen 0 0

9 Loppuraportin tiivistelmä

Koneiden ja laitteiden liikkuvien osien määrää voidaan vähentää tuottamalla liike suoraan älykkään materiaalin avulla. Yksi tällainen materiaali on magneettikentässä useiden prosenttien suuruisen muodonmuutoksen tuottava Ni-Mn-Ga-älymateriaali (jota tässä raportissa kutsutaan liikettä ja voimaa tuottavaksi materiaaliksi). Hankkeessa tutkittiin ja parannettiin näiden materiaalien sellaisia kriittisiä ominaisuuksia, jotka ovat sovellusten kannalta tärkeitä, sekä kehitettiin materiaalien valmistusmenetelmiä, valmistettiin pilottilaitteita ja selvitettiin kaupallistamispolkuja. Tavoitteena oli poistaa pullonkauloja näiden materiaalien teollisen valmistuksen tieltä sekä luoda pohjaa uuden liiketoiminnan aloittamiselle Savonlinnaan. Hankkeen tuloksena kehitimme Ni-Mn-Ga-näytteisiin mikrorakenteita, joiden ansiosta materiaalien liikkeen tuottaminen ei ole lämpötilasta riippuvaista. Tällä ominaisuudella on ratkaiseva merkitys teollisissa laitteissa, joiden on toimittava laajalla lämpötila-alueella. Optimaalinen mikrorakenne on välttämätön materiaalin tasaisen liikkeen ja pitkän väsymisiän tuottamiseksi. Tutkimme Ni-Mn-Ga-materiaalien dynaamisia ominaisuuksia. Mittasimme materiaalin muodonmuutoskiihtyvyydeksi jopa 100 000 g ja muodonmuutosnopeudeksi 4 m/s. Selvitimme, mikä on pienin näytekoko, jossa liikettä voidaan tuottaa magneettikentän avulla. Koetulokset osoittivat, että vielä mikrometrin paksuiset näytteet toimivat magneettikentässä. Tämä tulos osoittaa, että yksi tärkeä Ni-Mn-Ga-älymateriaalien sovellusalue on mikromekaaniset laitteet. Kehitimme Ni-Mn-Ga-elementtien valmistusmenetelmiä kuten induktiosulatusta, kiteenkasvatusta, lämpökäsittelyprosesseja, elementtien leikkausta, pinnan deformaatiokerroksen poistotekniikoita sekä pintakäsittelyjä hallitun mikrorakenteen tuottamiseksi. Tutkimustulosten pohjalta valmistettiin pilottilaitteita, joissa yhdistyivät materiaalien parhaat ominaisuudet kuten dynamiikka ja pieni Ni-Mn-Ga-näytteen koko. Tällaisia ovat mikrofluidistiset laitteet sekä haptiset ohjaimet. Hankkeessa selvitettiin myös materiaalien valmistusmahdollisuuksia suurina määrinä sekä tulosten kaupallistamispolkuja. Hankkeen myötävaikutuksella syntyi yksi teknologiayhtiö sekä kaksi isoa teknologiaprojektia Savonlinnaan. Hanke luo pohjaa älykkäisiin liikettä ja voimaa tuottaviin materiaaleihin perustuvan liiketoiminnan aloittamiselle maakuntaan ja on siten tukemassa Savonlinnan alueen teknologiateollisuuden uudistumista. Pyrimme löytämään sellaisia tuotteita, joita voitaisiin valmistaa yhdessä savonlinnalaisten yhtiöiden kanssa.