Tomi Tuomaala
Janne Känsäkoski
Marika Hautala
Centrialla on vahva, yli kymmenen vuoden kokemus IoT-laitteiden, langattomien sensoriverkojen ja energia-alan kansainvälisestä kehitystyöstä, jonka ansiosta se on jälleen mukana Horisontti Eurooppa -ohjelman LoLiPoP-IoT-hankkeessa. Osatoteuttajina on noin 40 organisaatiota yli kymmenestä maasta keskittyen eri sovellusalueiden toiminnallisuuksiin. Tässä artikkelissa tutustutaan Centrian matkaan hankkeen osatoteuttajaksi, sekä esitellään hankkeen tavoitteita.
Centria Tutkimuksen ja kehityksen matka hankkeen osatoteuttajaksi
Yli kymmenen vuoden kokemuksella IoT-laitteiden, langattoman sensoriverkon ja energia-alan kehitystyöstä kansainvälisissä hankkeissa on voitu osoittaa osaamisen tasoa sekä saatu positiivista kansainvälistä näkyvyyttä. Centriassa kehitettiin kiinteistön älykkään verkon algoritmejä jo vuonna 2011 alkaneessa eGOTHAM-hankkeessa, jonka jälkeen vuonna 2013 alkoi rinnakkaishanke DEWI, missä hyödynnettiin energian harvestointia kiinteistön hukkaenergioista. Vuonna 2020 alkoi puolestaan SCOTT-hanke keskittyen älykkäiden langattomien anturiverkkojen kehittämiseen. LoLiPoP-IoT-hankkeeseen osallistuminen oli luonteva jatko menneiden vuosien hanketyölle.
Centria TKI:n vahvuus on kokenut TKI-henkilöstö, joka pystyy tarttumaan haasteisiin monipuolisesti eri teknologian haaroilla, mikä taas mahdollistaa osallistumisen isoihin LoLiPoP-IoT-hankkeen tyyppisiin valmisteluihin osatoteuttajaorganisaationa. Kansainväliset verkostot, voittavien ideoiden ja hakukonsortioiden tunnistaminen, vakuuttavat hankereferenssit sekä ulkoinen viestintänäkyvyys ovat tärkeitä elementtejä EU:n Horisontti Eurooppa -hankkeisiin mukaan hakeuduttaessa. Toisinaan näiden hankkeiden vastuuvalmistelijat kutsuvat Centrian mukaan valmistelutyöhön.
Yrityspartnereiden rooli on Horisontti Eurooppa -hankkeissa keskeinen. Pelkistä tutkimusryhmistä koostuville konsortioille ohjelman rahoitusta ei myönnetä, vaikka hankeidea olisi kuinka innovatiivinen. Yrityksillä on paljon osaamista ja näkemystä asiakasrajapinnan todellisista tarpeista. Yleensä yrityspartnerin rooli onkin toimia omistajana hankkeessa kehitettävälle sovellusalueelle. Tutkimusorganisaatioiden roolina on tukea yritysten kehitystyötä aiheeseen liittyvällä julkisella tutkimuksella ja/tai esimerkiksi koordinoida projektin toteutusta työpaketeissa. Yrityksille tarjoutuu näin oiva mahdollisuus kerryttää uutta osaamista ja jatkaa kaupallistamisvaiheeseen syntynyttä innovaatiota tai kehitettyä tuotetta. Yrityksille kertyy myös kansainvälisiä verkostoja sekä näkyvyyttä, joiden myötä ovia voi avautua laajemmille markkinoille.
Centrian matka LoLiPoP-IoT-hankkeen osatoteuttajaksi alkoi kansainväliseltä konferenssimatkalta, missä Centrian projektipäälliköitä oli alusta saakka mukana keskustelemassa uudesta hankeideasta. Centriasta tuli näin luontaisesti yksi suuren konsortion tutkimuspartnereista. Kansainvälinen näkyvyys ja verkostot ovat merkittävässä roolissa hankkeiden valmistelussa ja mukaan pääsemisessä. Centriassa on myös vuosia panostettu viestintään ja liikkuvuuteen, mikä näkyy kansainvälisten hankkeiden suuressa määrässä. Suurten, useista kymmenistä osatoteuttajista koostuvien hankkeiden valmistelu on pitkäjänteistä työtä ja voi kestää jopa kaksi vuotta tai kauemmin.
Energiaomavaraisuutta ja huoltovapautta tukeva älykäs lämmityksen säätöjärjestelmä
LoLiPoP-IoT on luonteeltaan hyvin käyttäjä- ja tarvelähtöinen kehitysaihio. Kehitystyötä tehdään kymmenen eri käyttötarpeen (usecase) osa-alueella, joiden sovellusalueita ovat omaisuuden seuranta (asset tracking), kunnon valvonta (condition monitoring) sekä energiatehokkuuden ja mukavuuden optimointi (energy efficiency and comfort optimization). Hankkeen nettisivuilta voi lukea hankkeen kokonaisuudesta tarkemmin. (Centria 2024a.)
Merkittäviä yrityksiä sekä tutkimusorganisaatioita ympäri Eurooppaa toimii hankkeen partnereina. Kommunikointi tapahtuu pääosin Teams-sovelluksen välityksellä, mutta teknisiä face-to-face-kokouksiakin pidetään puolen vuoden välein. Alustavien suunnitelmien mukaan kaikki hankkeen osatoteuttajat kokoontuvat Suomessa vuoden 2025 keväällä. Kuvassa 2 esitellään hankkeen sovellusalueet linkittyen käyttötarpeen osa-alueisiin.
Suomen konsortio on mukana energiatehokkuuden ja mukavuuden optimointi (energy efficiency and comfort optimization) -sovellusalueessa, ja vastaa osaltaan kiinteistön energiatehokkuuden -työpaketista/teemasta. Energiatehokkuus -työpaketin sovellusalueessa keskitytään suurten julkisten kiinteistöjen vesikiertoisen lämmityksen älykkääseen ohjaukseen ja hallintaan. Älykkään lämmityksen säätöjärjestelmän kehittäminen, johon linkittyy vahvasti käyttäjiä ja käytettävyyttä palveleva visualisointi (digitaalinen kaksonen ja 3D-visualisointi), tekoälyn hyödyntäminen datan käsittelyssä ja kiinteistön energiatehokkuuden optimoinnissa, huoltovarmuus, kyberturvallisuus sekä myös komponenttitasolla ilmaisenergiaa (energian harvestointi) hyödyntävän eli virtapihin mikroelektroniikan kehittäminen. Suomen konsortioon kuuluvat Centria-ammattikorkeakoulun lisäksi Offcode Oy Oulusta ja MeshWorks Wireless Oy Tampereelta.
Kehitystyössä tutkitaan laajemmin energian harvestoinnin uusimpia teknisiä ratkaisuja linkittyen mikrotehonhallintaelektroniikan kehittämiseen harvestoimalla energiaa sisätilan valaistuksesta sekä vesikiertoisen patterin ja huoneilman lämpötilaeroista. Harvestoitu energia muuntuu mikrotehonhallintaelektroniikan avulla sähköenergiaksi, jota hyödynnetään IoT-laitteen (älytermostaatti) energiavaraston lataamiseen. Energiavarastona käytetään perinteisiä superkondensaattoreita tai Lithium-Ion-akkuparistoja. Mainittavia IoT-laitteita ovat älykäs langaton patteritermostaatti ja huonekohtaiset olosuhdeanturit.
Järjestelmän kokonaishallinta on yksi hankkeen kehityskohde, johon linkittyy 3D-visualisoitu kulutuksen valvonta, digitaalista kaksosta ja tekoälyä hyödyntäen, kiinteistön anturiverkon tuottaman datan käsittelyssä. Järjestelmän langattomat anturit, kuten älytermostaatit ja huonekohtaiset olosuhdeanturit, toimivat kiinteistön hukka/ilmaisenergiasta generoidulla sähköenergialla. Yksinkertaistettuna, energiaomavaraiset langattomat anturit liitetään älykkääseen pilvipalveluun kiinteistökohtaisen yhdyskäytävän (lähettimen/modeemin/gatewayn) välityksellä. Pilvipalveluun kehitetyt algoritmit käsittelevät anturien tuottaman datan ja säätävät huonekohtaista lämpötilaa älytermostaattien avulla, oppien ja ennakoiden samalla sekä kiinteistön että sen käyttäjien tarpeet eri muuttujien perusteella. Keskeistä järjestelmässä on sisäolosuhteiden mukavuuden säilyminen, johon myös käyttäjät voivat vaikuttaa omalla roolillaan.
Hankkeessa Suomen konsortion tavoitteiden rinnalla on myös käyttötarpeen sovellusalue huonekohtaisen mukavuuden ja viihtyvyyden optimointiin. Kiinteistöjen valaistuksen säädössä hyödynnetään tekoälyn algoritmeja huonekohtaisesti. Suomen konsortiolla on mahdollisuus integroida säätöjärjestelmään erinäisiä moduuleja viihtyvyyden optimointiin. LoLiPoP-IoT-hankkeessa huoneiston viihtyvyyden/mukavuuden optimoinnin sovellusalueen työpakettia vetää Signify Hollannista.
Suomen konsortion kehitystyötä pilotoidaan erinäisissä kiinteistöissä ja Centrian laboratorioissa. Lopullinen pilotointi hanketoteutuksen viimeisenä vuotena on suunniteltu suoritettavan Vantaan kaupungin hallinnoimassa ja Vantaan energian lämmittämässä julkisessa kiinteistössä.
Centria TKI-tiimi monipuolisesti mukana hanketoteutuksessa
Centria Tutkimuksen ja kehityksen yksiköstä on resursoitu kahdeksan TKI-asiantuntijaa LoLiPoP-IoT-hankkeen toteutukseen. Asiantuntijoiden osaaminen painottuu viestintään, palvelin- ja pilvipalveluratkaisuihin, langattomiin anturiverkkoihin, elektroniikan suunnitteluun sekä ohjelmisto- ja tekoälyalgoritmeihin.
Palvelin- ja pilvipalveluosaamisella on merkittävä rooli, jotta hankkeen tavoitteisiin päästään. Lämmityksen säätöjärjestelmän älykkäät algoritmit sijaitsevat pilvipalveluissa, toisin sanottuna backend-palveluissa. MeshWorks Wireless Oy keskittyy algoritmeihin ja backend-palveluihin, joiden toteutusta Centria tukee kehittämällä yhdyskäytäväohjelmistoa (gateway), joka toimii datan kulkureittinä langattomilta antureilta backend-palveluihin. Centrialla tulee olemaan myös rooli tekoälyn hyödyntämisessä anturidatan analysoinnissa, energiatehokkuuden optimoinnissa, kiinteistön energiabudjetin määrittämisessä sekä kyberturvallisuuden ja tietoturvan huomioimisessa. Kiinteistön huonekohtaisen anturoinnin kehittämisessä tarvitaan lisäksi ohjelmisto-osaamista.
Elektroniikan suunnitteluosaajat keskittyvät testaamaan energian harvestointiin liittyviä moduuleja, kuten pieniä sisäkäyttöön kehitettyjä valopaneeleita ja thermoelectric generator (TEG) -moduuleita. Moduulit tuottavat hyvin pientä sähkövirtaa, jolloin puhutaan mikrotehonhallinnasta. Virranhallintamoduulin suunnittelu hyötysuhteeltaan korkeaksi on yksi haaste, jota ratkotaan hankkeessa. Centria testaa energian harvestointimoduulien suorituskykyä ja kehittää virranhallintaelektroniikkaa Vierimaantien kampuksen elektroniikan laboratoriossa Ylivieskassa. Sen tavoitteena on moduulien integroiminen tarpeellisiin IoT-laitteisiin. Samalla kehitetään älykästä vesikiertoiseen patteriin sijoitettavaa termostaattia huoltovapaaksi ja toimimaan itsenäisesti vuosia ilman pattereiden vaihtoa tai huoltoa yhteistyössä hankepartneri Offcode Oy:n kanssa.
Centrian hanketiimi pyrkii aktiivisesti verkostoitumaan, niin kotimaassa kuin kansainvälisesti, energia-alan toimijoiden kanssa, etsien samalla ratkaisuja ja innovatiivisia tarvelähtöisiä ajatuksia hanketavoitteisiin.
Pitkän hankehistorian sekä osaavan ja kokeneen henkilöstön myötä Centria-ammattikorkeakoulu on saavuttanut hyvät hankeverkostot niin Suomessa kuin kansainvälisesti. Organisaatio on aina avoin ja kiinnostunut uusista hankeideoista sekä yhteistyöverkostoista. Centria Tutkimus ja kehitys tukee yrityksiä ja yhteisöjä myös palvelutoiminnan avulla ja on valmis auttamaan haasteissa kuin haasteissa (Centria 2024b). Centria-ammattikorkeakoulun uteliaisuus ja avoimuus uusia teknologioita sekä verkostoja kohtaan myös opettaa ja ruokkii innovointia kohti uusia hankeideoita.
Horisontti Eurooppa –ohjelman kansainvälisessä LoLiPoP-IoT (Longlife Power Platforms for Internet of Things) -hankkeessa kehitetään IoT-laitteita energiaomavaraisiksi. Hankkeessa pyritään saavuttamaan muun muassa hiilidioksidipäästöjen vähenemistä uusiutuvien energialähteiden integraation ja elektronisten laitteiden energiaomavaraisuuden lisääntymisen myötä. Projekti linkittyy myös toimintavarmuuden ja reunalaskennan kautta huoltovarmuuteen ja kyberturvallisuuteen.
Horisontti Eurooppa -ohjelma tukee tutkimusta ja innovointia Euroopassa 95 miljardilla eurolla vuosien 2021–2027 aikana. Rahoitusohjelman tavoitteena on edistää vihreän siirtymän ja digitalisaation toteutumista. Ohjelma rahoittaa yritysten tuotekehitystä ja kansainvälistä kasvua sekä tutkijoiden huippututkimusta, koulutusta ja kansainvälistä liikkuvuutta. (Business Finland 2024). LoLiPoP-IoT-projekti on rahoitettu Horisontti Euroopan Chips JU -ohjelmasta (entinen KDT-JU).
Jokaisella osatoteuttajaorganisaatiolla on oma budjetti kehitystyöhön. Hanketalouden koordinaattorina toimii Cognitechna Tšekistä ja teknisenä koordinaattorina tutkimuskeskus Tyndall Irlannista. Projektin dokumentointia ja kokouksia hallinnoi Edacentrum GmbH SaksastaRahoitus muodostuu Horisontti Eurooppa -osuudesta, kansallisesta rahoituksesta (Suomessa Business Finland) sekä omarahoitusosuudesta. Kuvassa 2 on esitetty hankkeen osatoteuttajaorganisaatiot.
Lähteet
Business Finland. 2024. Rahoitusta, kansainvälistä kasvua ja yhteistyötä. Saatavissa: https://www.businessfinland.fi/suomalaisille-asiakkaille/palvelut/rahoitus/horisontti-eurooppa. Viitattu 23.7.2024.
Centria. 2024a. LoLiPoP-IoT. Long Life Power Platforms for Internet of Things. Saatavissa: https://net.centria.fi/hanke/lolipop-iot/. Viitattu 23.7.2024.
Centria. 2024b. Kehittämis- ja koulutuspalvelut. Saatavissa: https://net.centria.fi/tki/koulutus-ja-kehittamispalvelut/. Viitattu 27.8.2024.
European Commission. 2023. Cordis – EU research results. Longlife Power Platforms for Internet of Things. Project description. Saatavissa: https://cordis.europa.eu/project/id/101112286. Viitattu 1.8.2024.
LoLiPoP-IoT. 2024. Longlife power platforms for internet of things. Saatavissa: https://www.lolipop-iot.eu/. Viitattu 23.7.2024.
Tomi Tuomaala
TKI-asiantuntija
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 050 401 6141
Janne Känsäkoski
Kehittämispäällikkö
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 040 630 9890
Marika Hautala
TKI-asiantuntija
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 040 487 5812
