Maatalousteknologian apulaisprofessori Antti Lajunen on maatilan poikia. Hän ei muistele erityisemmin kaiholla 1970–1980-luvun traktorikalustoa, jossa toisaalta edeltäviin vuosikymmeniin verrattuna oli jo synkronisoitu vaihteisto, pehmustettu istuin ja turvaohjaamo. Muista mukavuuksista ei sitten juuri ollut tietoakaan. Vasta 1990-luku toi maanviljelijän liikkuvaan konttoriin portaattomat vaihteistot, tiiviit ohjaamot ja ilmanvaihdon.
Kesäkuun alussa 2018 työnsä Helsingin yliopiston maatalous-metsätieteellisessä tiedekunnassa aloittanut Lajunen on aiemmin keskittynyt tutkimaan lähinnä kaupunkilinja-autojen ja työkoneiden tekniikkaa, ja viime vuosina erityisesti niiden voimansiirron sähköistämistä. Samasta aiheesta hän väitteli 2014 Aalto-yliopistossa.
Bussien ja työkoneiden suorituskykyyn liittyvissä vaatimuksessa erot voivat käyttötilanteista riippuen olla suuria. Siinä, missä yleensä melko tasaisilla teillä ajavalle sähköistetylle kaupunkibussille tavoitellaan pitkää toimintasädettä, syksyisellä pellolla mylläävälle sähkötraktorille tarvittaisiin raakaa voimaa.
– Työkoneiden voimansiirtoa sähköistettäessä ongelmat eivät yleensä olekaan toimintasäteen kasvattamisessa, vaan suorituskyvyn lisäämisessä. Nykypäivän sähköistämisen teknologia on lisäksi monimutkaisempaa kuin perinteistä lyijyakkua käytettäessä. Nyt vaaditaan korkeajännitettä, paljon diagnostiikkaa, lämmönhallintaa, tehoelektroniikkaa ja siihen päälle vielä järjestelmien valvontaa.
Vähäinen kysyntä, vähäinen tarjonta
Työkoneiden voimansiirron sähköistäminen ei ole kiinnostanut suunnittelijoita ja valmistajia yhtä voimakkaasti kuin esimerkiksi henkilöautojen. Teollisuuden kannalta kysymys on esimerkiksi myyntimääristä – autoja myydään enemmän kuin traktoreita ja erilaisia työkoneita. Työkoneiden ostajatkaan eivät ole olleet erityisen aktiivisia kyselemään polttomoottorikäyttöiselle kalustolle sähkötoimisia vaihtoehtoja. Henkilöautoja raskaampia hyötyajoneuvoja on toki jo sähköistetty, mutta Suomessa niitä ei juuri näy.
– Esimerkiksi Pariisissa on jo yli kymmenen vuotta ollut sähkötoimisia roska-autoja. Ne ovat niin hiljaisia, että roskia voidaan ajaa pois vaikka keskellä yötä. Meillä ei ehkä ole niin ruuhkaista, etteikö jätehuoltoa voitaisi hoitaa keskellä päivää kaupungeissakin. Sähköistämisen mahdollisuuksia ei sen vuoksi liene tosissaan mietitty, vuosia Ranskassa asunut Lajunen toteaa.
Pienkoneiden sähköistämisessä tällä hetkellä suurimmat hyödyt
Jos raskaan työkonekannan laaja sähköistäminen ei aivan vielä olekaan näköpiirissä, pienkoneissa ollaan jo pitkällä. Tätä siivittää uusi EU-direktiivi, joka koskee kaikkia työkoneiden teholuokkia. Aiemmin alle 19 kilowatin työkoneilla, esimerkiksi pienkuormaimilla, ei ollut minkäänlaisia päästömääräyksiä.
– Periaatteessa maailman pahimpia saastuttajia olivat usein sivuventtiilimoottorilla toimivat ruoholeikkurit. 1950-luvulla kehitettyä teknologiaa ei määräysten puuttuessa tarvinnut kehittää paremmaksi, kunnes 2000-luvulla, päästömääräysten tiukentuessa, vanhan teknologian ruohonleikkureiden käyttö väheni rajusti. On mielenkiintoista nähdä, mitä suuremmille polttomoottorikäyttöisille työkoneille tehdään – lisätäänkö katalysaattori ja muuta pakokaasujen käsittelytekniikkaa vai käytetäänkö jotain muita teknisiä ratkaisuja päästöjen pudottamiseksi vaadittavalle tasolle.
Virtuaalisuus ja mallintaminen avaavat uusia mahdollisuuksia
Teknisessä kehityksessä avainasemassa on suunnittelu, olipa kyse sitten voimansiirron sähköistämisestä tai muista edistysaskelista. Työkoneiden suunnittelun haasteina ovat esimerkiksi henkilöautoja pienemmät sarjat ja usein yksittäin valmistettavat komponentit, jolloin prototyyppejä ei ole taloudellisesti järkevää valmistaa aivan joka koneesta.
Virtuaalinen suunnittelu oikaisisi monia mutkia ja takaisi sen, että yksittäisosien ei tarvitsisi olla valmiita tuotteita ennen kuin siinä vaiheessa, kun kone on onnistuneesti läpäissyt virtuaalivaiheen.
– Henkilöautopuolellahan tähän ollaan jo vahvasti menossa. Käytännössä seuraavan 5–10 vuoden kuluttua uusi henkilöauto suunnitellaan ja valmistetaan ensin täysin virtuaalisesti, ja se tulee vasta testeihin oikeana autona.
Antti Lajunen pitää virtuaalisen suunnittelun sekä siihen liittyvän mallinnuksen ja simuloinnin suurena hyötynä myös sitä, että niiden avulla pystytään tarkastelemaan koneiden toimintaa tilanteissa, joissa konetta ei oikeasti pystyttäisi luotettavasti testaamaan. Tällaisia erikoistilanteita ovat esimerkiksi ulosajot ja työkoneen juuttuminen suohon.
Antti Lajunen myöntää, että simuloinnissakin on kipupisteensä.
– Haastavinta on nähdä uuden teknologian mahdollisuuksia. Emme luonnollisesti osaa edes kaivata sitä, mitä emme vielä tiedä. Sanonta, että kaikki tietokonemallit ovat vääriä, mutta jotkut hyödyllisiä, pitää melko hyvin paikkansa.
Omassa tutkimuksessaan Lajunen haluaisi keskittyä mallinnuksen ja simuloinnin tehokkaaseen hyödyntämiseen virtuaalisissa ympäristöissä.
– Jos haluttaisiin esimerkiksi tutkia traktorin renkaiden ominaisuuksien vaikutusta pitoon maanmuokkauksen yhteydessä, miten tarkkaa mallinnuksen pitäisi olla, jotta pystyttäisin arvioimaan pitoa ilman massiivisia kenttäkokeita? Erilaisia ohjelmistoja kyllä on, mutta miten luotettavia ne ovat? Miten mallin paikkansapitävyyttä voitaisiin arvioida kevyemmin? Miten tulevaisuudessa voitaisiin hyödyntää jo olemassa olevia suuria tietomassoja eli big dataa?, Antti Lajunen pohtii.