Into kuljettaa tutkijaa

Härkäsalmi toivoo, että materiaalitutkimuksen pariin hakeutuu paljon lisää materiaaleista innostuvia muotoilijoita. Ideaalitapauksessa heidän suurin intohimonsa ei ole tutkimus sinällään vaan uusien materiaalien mahdollisuudet uusissa käyttösovelluksissa. Kuva: Aleksi Poutanen

Materiaalin oma tahto ohjaa muotoilun tutkija Tiina Härkäsalmen työtä, jossa hän haastaa tiedemaailman vakiintuneita käytäntöjä.

”Olen todellinen materiaali-intoilija!”, Tiina Härkäsalmi, 55, tunnustaa heti aluksi ja alkaa purkaa laukkuaan. Muovia muistuttavat kappaleet eri väreissä ja muodossa liikkuvat pian tutkijan käsissä: aaltopelti, putket, laatat, kartiot, neulos. Jokainen niistä on tehty selluloosasta ja sisältää runsaasti erilaista tutkimustietoa monipuolisen materiaalin teknisistä ja aistittavista ominaisuuksista, prosessoitavuudesta sekä käyttömahdollisuuksista.

Kappaleet konkretisoivat maaliskuussa päättyneen suurhankkeen Design Driven Value Chains in the World of Cellulose (DWoC) tuloksia. Monialainen, viisivuotinen tutkimushanke etsi selluloosalle uudenlaisia käyttösovelluksia sekä kehitti niihin liittyvää teknologiaa. Tutkimuskumppaneina toimivat Teknologian tutkimuskeskus VTT, Aalto-yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto ja Vaasan yliopisto. Hankkeessa ehti työskennellä noin 80 henkilöä, joukossa 10 muotoilijaa.

Härkäsalmen tutkimuksen kohteena hankkeessa oli muun muassa fibrilloitu nanoselluloosa. Massasta noin 98 prosenttia on vettä ja loput mekaanisesti nanomittakaavaan jauhettuja selluloosakuituja. Nanoselluloosasta voi valmistaa lujaa ja kevyttä materiaalia, josta toivotaan mm. muovin korvaajaa. Materiaalin rasitteena ovat kuitenkin kuivatukseen vaadittava suuri energiamäärä sekä kontrolloitu kutistuminen kuivumisen aikana. ”Kun aines kuivuu, massasta lähtee pois jopa 90 prosenttia. Jäljelle jää minimaalisen pieni kappale. Esimerkiksi keramiikassa vastaava tiivistymä on noin 14 prosenttia”, Härkäsalmi selittää. ”Materiaali itsessään on siis melko absurdi. Muotojen hallittu prosessointi on haastavaa.”

Tutkimuksen lähtökohta oli tärkeä ja resurssit kohdallaan

Tutkijaryhmä sai strategiseksi tutkimusavaukseksi kutsuttuun hankkeeseen Tekesiltä yhteensä 7,9 miljoonan euron rahoituksen. Hankkeen kokonaisbudjetti oli 11,3 miljoonaa euroa. Panostukset näkyivät myös hehkutetun hankkeen viestinnässä sekä näyttelytoiminnassa. Tutkimusresurssien takana on ajatus selluloosasta muovia korvaavana supermateriaalina. Usko uusiin materiaaleihin ja niistä syntyviin innovaatioihin on juuri nyt kova ja hallitusohjelmassa biotaloutta vie eteenpäin useampi kärkihanke. Hallitusohjelman mukaan biotalouden pitäisi yltää maailmanlaajuiseksi edelläkävijäksi vuoteen 2025 mennessä. Tämä edellyttää vahvaa panostusta paitsi materiaalitutkimukseen ja teknologiakehitykseen, myös korkean jalostusarvon tuotteiden kehittämiseen.

Härkäsalmelle materiaali-intoilu merkitsee kiinnostusta ja intoa parantaa ympäristöä turvallisilla ja toiminnallisilla materiaaleilla, jotka ovat teknisesti laadukkaita – visuaalisuutta, hajua, tuntua ja ympäristövaikutuksia unohtamatta. Tämä into on kuljettanut Härkäsalmen uraa luonnonmateriaalien parissa. Hän valmistui tekstiilitaiteilijaksi Taideteollisesta korkeakoulusta (nykyinen Aalto-yliopisto) vuonna 1994 ja väitteli taiteen tohtoriksi vuonna 2008 öljypellavan kuitujen kehittämisestä. Väitöskirjaan sisältyi mikrobilöydös, jonka avulla öljypellavan kuiduista saadaan pehmeitä ja kiiltäviä peruskuituja puuvillaa korvaamaan. Sen ympärille syntyi Suomen Akatemian rahoittama tutkimusprojekti. Sittemmin Härkäsalmi oli mukana perustamassa Aalto-yliopistoon Muotoilun laitokselle kestävän muotoilun tutkimusryhmää, jonka vetäjänä hän toimi neljä vuotta.

Härkäsalmen rakkaus tekstiileihin ja väreihin syttyi jo lapsuudessa perheen vieraillessa tekstiilitaiteilija Dora Jungin ateljeessa. Herkulliset eri väriset lankarullat ja kangaspuut jättivät vahvan jäljen nuoren tytön mieleen. Sattumaa tai ei – vanhempien ostama Jungin metsäaiheinen kuvakudos päätyi sittemmin Härkäsalmen omaan olohuoneeseen. ”Siellä se on, sellututkijan metsä”, Tiina Härkäsalmi on vuosien kuluessa oivaltanut.

Tuotteliaana tunnettu Härkäsalmi teki useita materiaalinäytteitä ja varhaisvaiheen protoja, joissa selluloosan ominaisuuksia vietiin eri käyttökonteksteihin: akustoelementteihin, pyörän runkorakenteeseen, kajakin melaan, ja retkijakkaraan. Kuva: Aleksi Poutanen

Nanoselluloosa sai tutkijan pauloihinsa monipuolisella, oikukkaalla luonteellaan

Tutkimusrupeaman alussa Härkäsalmi pyysi, että tutkijat toisivat nanosellusta tehtyjä epäonnistuneita kappaleita näytille. Hän kaivaa kassistaan uuden materiaalinäytteen: kaareva nanosellulevy on kuin kuivaksi käpertynyt öylätti. ”Kun nanosellu kuivuu, se hakeutuu tyypillisesti kaksoiskaarevan muotoon. Materiaalin oma tahto ajaa sen tähän muotoon. Siksi tasaisen suoran levyn tekeminen vaatii lähtökohtaisesti suuren määrän energiaa ja puristusta”, Härkäsalmi selittää.

Hän kuvaa nanoselluloosaa materiaalina kuin uhmaikäiseksi kakaraksi, luonteeltaan hyvin oikukkaaksi. Tutkija lähti selättämään kuivumisen haastetta aluksi vapailla kokeiluilla, joita hän kutsuu eksprolaatioiksi, kokeilevuudeksi. Kokeita tehdään silloin ilman tarkkaa etukäteismäärittelyä oletetuista tuloksista. ”Tein erilaisia kokeita materiaalien 3D-muotoiltavuudesta ja seurasin materiaalia. Olisi ollut helppo lisätä mukaan muita aineita, mutta halusin selvittää, mitkä muodot mahdollistavat lujien kemiallisten sidosten syntymisen ilman apuaineita.” Härkäsalmen kokeiluiden kautta syntyi innovatiivinen putkirakenne, jolla on paljon potentiaalia jatkokehitykseen. Tutkimuksen aikana sitä sovellettiin polkupyörän prototyypissä.

Muotoiluajattelulla on paljon annettavaa kokeiluihin

Juuri rohkeat ja nopeat kokeilut ovatkin Härkäsalmen mielestä tutkimuksen osa-alueista se, jossa muotoiluajattelulla on paljon annettavaa. Vaikka kokeilukulttuurista ja iteratiivisuudesta puhutaan nyt paljon, tiedemaailmassa ne eivät vielä ole kovin tuttuja. Monialaisissa tiimeissä uusia käytäntöjä voi kuitenkin syntyä. Keväällä päättyneessä tutkimushankkeessa toteutettu vaahtorainaus-teknologian ja muotituksen kehitystyö on tästä hyvä esimerkki. Paperi valmistetaan sellusta tyypillisesti vesirainaamalla. Lisäämällä prosessiin vaahtoa sellusta voidaan tehdä paksuja ja huokoisia materiaaleja, jotka sopivat mm. eristysmateriaaleiksi. Vaahtorainauksessa muotin piti olla tyhjiö ja imeä vettä tasaisesti. Vaahtorainaukseen soveltuvia 3D-muotteja ei ollut olemassa, joten tutkimusryhmä lähti kehittämään muotitusta alusta saakka. Ensimmäiset kokeilut epäonnistuivat täysin. Tämä poiki tärkeän askeleen eteenpäin, kun tutkimuspartnerit VTT:ltä ja muotoilijat yhdessä analysoivat epäonnistumista. Luottamuksen ilmapiiri kuljetti yhteistyötä, jossa seurasi runsaasti uusia muotteja ja kokeiluja.

Tiedemaailmassa kokeilukulttuuri ja iteratiivisuus eivät vielä ole kovin tuttuja tekemisen tapoja.

”Tieteessä tehdään usein tutkimuksen kulusta tarkat etukäteissuunnitelmat, joita muutetaan vain vähän. Muotoilussa sen sijaan varhaisvaiheen prototyypeillä etsitään suuntaa. Niiden pohjalta tutkimusasetelmia ollaan valmiita muuttamaan paljon radikaalimmin”, Härkäsalmi kuvaa. ”Epäonnistuneen kokeilun pohjalta lähdimme tutkimaan eri 3D-muotojen vaahtorainausta, tutkimme ensin kaarevia muotoja ja kävimme sitten käsiksi teräviin. Teimme iteraatioita muotituksessa ja muodon kehityksessä rinnakkain ja osittain päällekkäin, mikä oli materiaalitieteilijöille uutta. Lopputulokseen oltiin äärimmäisen tyytyväisiä.”

Muotoilun linkittyminen teknologiakehitykseen toteutui vaahtorainauksen kehitystyössä kokonaisvaltaisesti, eikä muotoilija ollut mukana vain tuotesuunnittelijan roolissa. Tämä ei ole tutkimusprojekteissa kovin yleistä. ”Tutkijat odottavat, että muotoilijat toimivat tuotesuunnittelijoina ja suunnittelevat uuden tuotteen heidän kehittämistään materiaaleista. Se ei ole muotoilun tutkijan työtä”, Härkäsalmi haastaa.

Näistä periaatteista en luovu

Uteliaisuus

Haluan oppia perusteellisesti, miten maailma toimii; oli kyseessä sitten politiikka, historia tai biosfääri.

Yhteistyö

Oli asia mikä tahansa, aina on hyvä löytää sen ympärille eri alojen ammattilaisten ryhmä pallottelemaan. Teen mieluiten töitä monialaisessa työryhmässä, jossa ideaalitilanteessa syntyy innostava ilmapiiri, jossa voidaan myös avoimesti kyseenalaistaa vallitsevia toimintatapoja ja on mahdollisuus oppia koko ajan uutta. Materiaalikokeet ilman laajempaa kontekstia jäävät vain yksittäisiksi näytteiksi ilman tulevaisuutta.

Ratkaisukeskeisyys

En keskity ongelmiin, vaan tulevaisuuden ratkaisuihin. Mietin miten jonkun asian voisi tehdä vielä paremmin? Voisiko jotain hyvää ominaisuutta soveltaa vielä pidemmälle? Haluan tehdä mahdollisimman kauniita rakenteita, jotka toimivat myös systeemitasolla.

Haastattelu on julkaistu Ornamon lehdessä 2/2018.
Teksti: Johanna Lassy-Mäntyvaara