Edullisten sensoreiden mittarit olivat niin tarkkoja, että tutkijakin ällistyi – IOT-hanke testasi, miten markkinoilta löytyvät sensorit pärjäävät kiertotalouskohteissa

Tampereen yliopiston ja Business Tampereen KIERTOTRE-kokeilun tavoitteena oli tutkia markkinoilta löytyviä langattomia etäisyyssensoreita kiertotalouden käytössä. Kiertotalouden ja IOT-teknologian kietoutuessa sensorit voivat osallistua kaupunkiympäristöissä materiaali-, energia- ja tiedonkulun seuraamiseen, ohjaamiseen ja optimoimiseen. Joiltain osin mittalaitteet ylittivät odotukset.

Tampereen yliopisto testasi KIERTOTRE-kokeilussa erilaisia markkinoilta löytyviä langattomia etäisyyssensoreita kiertotalouskäytössä. Tulokset olivat lupaavia, ja tutkijan mukaan edullistenkin laitteiden hartiat olivat yllättävänkin leveät. Tutkimustyö ja vertailu tapahtui Tampereen yliopiston Hervannan yksikössä laboratorio-olosuhteissa.

– Sensorit olivat yllättävänkin tarkkoja. Ultraäänisensoritkin osoittautuivat hyviksi, vaikka monesti edullisissa laitteissa signaali niin sanotusti uppoaa materiaaliin, Tampereen yliopiston tutkija Antti Martikkala sanoo.

Tutkimus vertaili erityisesti laitteiden käytettävyyttä, mittaustarkkuutta, signaalin kantavuutta, virrankulutusta ja teknisiä tietoja. Anturit soveltuvat esimerkiksi jäteastian tai viemärin vedenpinnan seurantaan. Tutkimuksen ajankohta oli menneen vuoden syksyllä 2023.

– Lopulta erot tiivistyivät käyttäjäystävällisyyteen ja aloituksen helppouteen. Koteloinnissa, painossa, koossa ja vastaavissa ominaisuuksissa on eroja, Martikkala kertoo.

Tutkimus- ja asiantuntijalaitos Suomen ympäristökeskus toteaa, ettei kiertotaloudelle ole täysin vakiintunutta sanakirjamääritelmää. Syke määrittelee kiertotalouden tavoitteen: vähentää neitseellisten luonnonvarojen käyttöä pitämällä tuotteet, materiaalit ja resurssit mahdollisimman pitkään talouden käytössä samalla säilyttämällä niiden arvo kierrosta toiseen ja vähentäen jätteen syntyä.

Tuore tohtori

Martikkala väitteli vastikään tänä keväänä 2024 tekniikan tohtoriksi Tampereen yliopistosta. Towards Utilization of Low-cost Technologies in Democratizing IoT Development -väitös selvitti, miten edulliset ja avoimen lähdekoodin työkalut toimivat IOT-ratkaisuissa. Miten niukkuudesta tuleekin hyve, ja miten saman toiminnallisuuden saa kustannustehokkaammin. Martikkala on hyödyntänyt paljon avoimeen laitteistoon perustuvaa mikro-ohjain-elektroniikka-alusta Arduinoa.

– Pystyykö näistä tarpeista tekemään luotettavan sensorin? Pystyy! Sensori oli halvempi, itsetehtynä parikymppiä, kun kaupalliset ovat satasia. Mitä jos voi käyttää luotettavasti halvempiakin? Martikkala tiivistää.

Tampereen IOT- ja KIERTOTRE-kokeilun testatut sensorit maksoivat joistakin kympeistä muutamaan sataan euroon. Tutkimus liittyy kiertotalouden lisäksi laajemmin älykkääseen kaupunkisuunnitteluun, esineiden internetiin (IOT) ja datatalouteen.

Sensorit voisivat osallistua Martikaisen mukaan materiaalien vähentämiseen, uudelleenkäyttöön ja kierrätykseen luoduissa suljetun kierron järjestelmissä, jotka minimoivat jätettä ja maksimoivat resurssien arvon koko niiden elinkaaren ajan.

– En haluaisi olla mukana tekemässä ja selvittämässä teknologiaa, joka tuhoaisi ympäristöä, Martikkala sanoo.

Tiedosta lisäarvoa

Valtion konsultaatio- ja rahoituskeskus Business Finland tiivistää verkkosivuillaan datatalouden liiketoiminnallisen ulottuvuuden:

– Datataloudessa arvo luodaan liiketoimintaan liittyvien dataresurssien avulla. Dataa kerätään, jaetaan, yhdistellään, analysoidaan ja hyödynnetään. Dataa tarvitaan esimerkiksi teollisuudessa palvelun tuottamiseksi tai myytävän laitteen kilpailukyvyn vahvistamiseksi, Business Finland määrittelee nettisivuilla.

Tampereen yliopiston tutkimusraportti luonnehtii kiertotalouden ja IOT:n tulevaisuuden näkymiä niin, että muutos vaatii innovatiivisia tekniikoita materiaali-, energia- ja tiedonkulun seuraamiseksi, ohjaamiseksi ja optimoimiseksi.

Martikkala kehuu Tampereella tarjolla olevaa avointa dataa ja nostaa myönteiseksi esimerkiksi julkisen liikenteen tarjolla olevan tiedon. Virallisen bussi- ja ratikkasovelluksen rinnalle syntyi useita muita.  Korrelaatioiden ja riippuvuuksien löytäminen tietomassoista on ydinkysymys. Martikkalan mukaan olennaista on, miten eri tietoaineistot liittyvät toisiinsa ja miten niitä voidaan hyödyntää yhdessä. Esimerkiksi julkisen liikenteen data voi olla korreloitunutta muiden kaupunkiin liittyvien tietojen kanssa, kuten sääolosuhteiden, tapahtumien aikataulujen, kaupunkirakenteen tai väestötietojen kanssa.

– Mitä datalla tehdään, jos sitä kerätään? Miten paljon dataa voidaan laittaa rajapinnan kautta jakoon? Avoimella IOT-datalla puuhastelevat nörtit voivat yhdistellä tietoa, millä voidaan luoda uutta arvoa, Martikkala sanoo.

Sanastoa

Arduino: Arduino on avoimen lähdekoodin elektroniikkalaitteisto- ja ohjelmistoympäristö, jota käytetään prototyyppien ja harrastelijaprojektien rakentamiseen. Se koostuu mikrokontrollerista, ohjelmistokehitysympäristöstä ja joukosta sisäänrakennettuja toimintoja, jotka helpottavat elektroniikan ja ohjelmoinnin opiskelua ja käyttöä.

Bluetooth: Bluetooth on lyhyen kantaman langaton teknologia, joka mahdollistaa laitteiden, kuten älypuhelimien, tietokoneiden ja oheislaitteiden, välisen tiedonsiirron.

Downlink: Downlink viittaa tiedonsiirtoon, jossa data siirtyy viestintäjärjestelmässä alaspäin, esimerkiksi satelliitista tai tukiasemasta päätelaitteeseen.

Gateway: Gateway tai yhdyskäytävä on laite tai ohjelmisto, joka toimii yhteyden välittäjänä eri verkkojen välillä. Esimerkiksi IoT-sovelluksissa se voi toimia linkkinä laitteiden ja pilvipalveluiden välillä.

LIDAR: Lidar (Light Detection and Ranging) on etäisyysmittausmenetelmä, joka käyttää lasersäteitä ympäristön tarkkaan kartoittamiseen. Sitä käytetään esimerkiksi autonomisissa ajoneuvoissa, kartografioinnissa ja ympäristönvalvonnassa.

Lorawan: Tekstiasultaan tyylitellysti LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) on langaton protokolla, joka mahdollistaa pitkän kantaman ja alhaisen virrankulutuksen IoT-laitteiden viestinnän. Sitä käytetään yleisesti esineiden internetin sovelluksissa, kuten älykaupungeissa ja maatalouden seurannassa.

NFC: NFC-lähiluku (Near Field Communication) on lyhyen kantaman langaton tiedonsiirtoteknologia, joka mahdollistaa laitteiden välisen kommunikoinnin kosketuksen kautta. Sitä käytetään muun muassa mobiilimaksuissa, kulunvalvonnassa ja tiedonsiirrossa.

Ultraääni: Ultraääni on ääni, jonka taajuus on korkeampi kuin ihmiskorva voi havaita. Sitä käytetään monissa sovelluksissa, kuten etäisyysmittauksessa, kuvantamisessa ja puhdistuksessa.

Wifi: Wifi on langaton lähiverkkoteknologia, joka mahdollistaa laitteiden yhteyden internetiin tai toisiinsa langattomasti.

KIERTOTRE-kokeilun etäisyyssensoreita testanneen tutkimuksen loppuraportin löydät tästä: Loppuraportti Tampere IOT-sensoritestit 2023

Lisätietoa Business Tampereessa: