Professori Päivi Törmän mielestä nanotekniikka on ratkaisevassa asemassa materiaalikehityksessä.

Tietotekniikan ja tietoverkkojen nopea kehittyminen on synnyttänyt perinteisten tieteenalojen rinnalle laskennallisia menetelmiä ja tietojenkäsittelytekniikoita vahvasti hyödyntäviä lähestymistapoja.

– Nanotieteessä tarvitaan laskennallisia menetelmiä, sillä monimutkaisia systeemejä ei yksinkertaisesti voida aina tutkia kokeellisesti. Mallinnus ja simulointi tietokoneiden avulla mahdollistavat monimutkaisten toi-minnallisten laitteiden ja materiaalien kontrolloinnin nanometrin tasolla. Tärkeiden kvanttiefektien tutkiminen on myös laskennallisesti erittäin raskasta, kertoo Päivi Törmä, teoreettisen fysiikan professori Teknillisestä korkeakoulusta.

– Puitteet laskennalliseen nanotieteen tutkimukseen ovat Suomessa hyvät, Törmä toteaa. – Meillä on käytettävissämme infrastruktuuri, jollaista ei löydy monista muista Euroopan maista. Suomessa on tietyillä nanotieteeseen liittyvillä aloilla jo pitkään tehty korkeatasoista tutkimusta, ja tälle pohjalle on ollut hyvä rakentaa uusia, poikkitieteellisiäkin projekteja. Keskeisessä roolissa on ollut yliopistojen, rahoittajien ja ministeriöiden lähteminen ajoissa liikkeelle kansallisen nano-ohjelman rakentamisessa. Onkin tärkeää, että rahoituksen jatkuminen turvataan myös tulevaisuudessa.

Törmän mukaan nano tulee hyvin todennäköisesti
olemaan ratkaisevassa asemassa materiaalikehityksessä.

Nanotieteen konkreettiset saavutukset helpottavat ihmisen arkea monin tavoin. Erilaiset toiminnalliset materiaalit, kuten itsepuhdistuvat pinnat, ovat jo arkipäivää esimerkiksi ikkunalaseissa. Itsepuhdistuva ikkunalasi tarvitsee vain auringonvaloa ja sadetta puhdistuakseen. Lasin titaanidioksidinanohiukkaset mahdollistavat valon ja veden kanssa prosessin, jossa lika irtoaa. Mekanismeja ja sovelluskohteita on monia muitakin. Myös tekstiileistä ja nykyaikaisista uuneista löytyy nanoteknologiaa hyödyntäviä itsepuhdistuvia pintoja.

Törmän mukaan nano tulee hyvin todennäköisesti olemaan ratkaisevassa asemassa materiaalikehityksessä, koska uusien energiaa ja raaka-aineita säästävien ratkaisujen löytäminen on ihmiskunnalle välttämättömyys. Myös elektroniikassa ja fotoniikassa nanotieteeltä odotetaan paljon.

– Huikeimmat visiot liittynevät lääketieteeseen, mutta lääkkeitä ihmiskehon sisällä kuljettavien nanorobottien saapuminen apteekin hyllylle on vielä pitkän tutkimustien takana.

Paitsi konkreettisesti tutkimusaineistojen käsittelyssä ja analysoinnissa, Törmä näkee tietotekniikan ja Internetin kehityksen hyödyttävän monella tapaa yksittäisen tutkijan arkea. Sähköisesti julkaistavat tieteelliset lehdet, hakukoneet ja tietokannat sekä asiantuntijoiden keskustelupalstat auttavat tiedon löytymistä hetkessä. Lisäksi yhteistyö saman alan asiantuntijoiden kanssa on viestintäteknologian kehityksen myötä mahdollista entistä laajemmin ja joustavammin.

Faktatieto ei yksin riitä, tarvitaan ymmärrystä

Towards 2020 Science -raportin kirjoittanut professori Stephen Emmot on laskennallisen tieteen johtaja Microsoft Reseach Cambridgessa ja toimii professorina Oxfordin yliopistossa. Hänen Microsoftilla vetämänsä Computational Biology Group -tutkimusryhmä kehittää ja soveltaa laskennallisen tieteen menetelmiä monimutkaisten biologisten järjestelmien mallintamiseen ja analysoimiseen.

Professori Stephen Emmotin mielestä nykytiedettä vaivaakin juuri pula selityksistä: ”Pelkät faktat eivät ole tiedettä sen enempää kuin sanakirja on kirjallisuutta”.

– Tiedän, ettei puheeni välttämättä miellytä työnantajaani, mutta valitettavasti minullakin on esittää vain enemmän avoimia kysymyksiä ja haasteita tieteelle kuin vastauksia.

Erityisen huolestunut professori Emmot on ihmiskuntaa tulevaisuudessa koettelevista katastrofeista, sillä luonnonvarojen holtittomalla kuluttamisella ja jatkuvasti kasvavan väkimäärän tuottamilla saasteilla on myös seurauksensa. Tartuntataudit, luonnonvarojen hyväksikäyttö, saasteet ja ilmastonmuutos muodostavat yhdessä yhden suurimman haasteen ihmiskunnan historiassa.

Miten voimme esimerkiksi ennustaa globaalin pandemian leviämistä maailmassa, jossa ihmiset liikkuvat entistä enemmän ja nopeammin mantereelta toiselle? Ellemme löydä tieteen avulla ratkaisuja, joudumme pian seuraamaan vierestä historian laajinta sukupuuttoon kuolemista.

Emmotin mielestä nykytiedettä vaivaakin juuri pula selityksistä. – Pari tuhatta vuotta tutkimusta ei ole tuonut ratkaisuja yhtään lähemmäs. Meillä on käsissämme paljon faktoja, mutta selitykset puuttuvat – emme edelleenkään tiedä, kuinka elävät oliot loppujen lopuksi toimivat. Kysymys on dynaamisista prosesseista, ei pelkästään osien ja reaktioiden listoista. Pelkät faktat eivät ole tiedettä sen enempää kuin sanakirja on kirjallisuutta.

Emmotin mukaan nimenomaan ymmärtäminen vaatii radikaalia muutosta tieteessä.

– Tarvitsemme uusia teknologisia ja käsitteellisiä työkaluja, luovaa ajattelua sekä ennen kaikkea näihin pohjautuvia ennustavia malleja. Uuden tieteen tekemiseen tarvitaan myös uudenlaisia tieteentekijöitä. Professorin johtama tutkimusryhmä tekee pioneerityötä, jota hän itse kutsuu tieteeseen pohjautuvien innovaatioiden uudeksi aikakaudeksi. ■

Heta Kero