Mullistavia innovaatioita vai tyhjä lupauksia? Metrologia paljastaa toimivuuden!

Blogit
Maija Ojanen-Saloranta
Portrait of the author, Maija Ojanen-Saloranta

Suuria innovaatioita ja uusia teknologioita syntyy joka päivä. Luemme lehdistä tieteen läpimurroista ja ostamme koteihimme tuoretta teknologiaa. Mutta mistä tiedämme, kenen lupauksiin voi luottaa, ja miten erotamme suureet puheet ja todennetun toimivuuden? Metrologia eli mittaustiede tukee innovaatioita varmistamalla mittausten laadun ja vertailtavuuden ajasta ja paikasta riippumatta.

Tutkijat tekevät keksintöjä, jotka lupaavat muuttaa maailman. Ilmanlaatua luvataan parantaa haitallisia kemikaaleja poistavilla kalusteiden pinnoitteilla. Entistä tarkemmat mallinnukset lupaavat auttaa taistelussa ilmastonmuutosta vastaan. Ruokaa voidaan kasvattaa vertikaalifarmeilla - kenties jonakin päivänä jopa Marsissa. Tekoälyä hyödyntävät anturit mahdollistavat välittömän hälytyksen teollisen prosessin häiriintyessä. Uusiutuvaa energiaa voidaan varastoida ja varastoja purkaa yhä paremmilla hyötysuhteilla. 

Huonojen uutisten ja huolenaiheiden keskellä on lohdullista lukea innovaatioista ja ratkaisuista globaaleihin ongelmiin. Mutta kuinka varmistamme, että keksinnöt ja teknologiat todella toimivat, ovat turvallisia ja auttavat meitä lupaustensa mukaan?

Jos uusi läpimurto perustuu ainoastaan suuriin lupauksiin vailla näyttöä toimivuudesta, voi seurauksena olla pettymyksen lisäksi myös konkreettista vahinkoa ihmisille, ympäristölle tai yritysten liiketoiminnalle. 

Mittaustiede haastaa innovaatiot – ja innovaatiot mittaustieteen

Emme missään olosuhteissa halua huijata asiakkaita löysillä myyntipuheilla ilmaa puhdistavista huonekaluista, ylitulkituista satelliittikuvista tai mukatehokkaista lämpöpumpuista. Se sijaan todistamme näiden läpimurtoteknologioiden toiminnan ja lupaukset mittauksin, joiden voidaan osoittaa olevan vakiintuneen ja kansainvälisesti hyväksytyn SI-mittayksikköjärjestelmän mukainen. 

Metrologiassa on kaksi tärkeää käsitettä: Metrologinen jäljitettävyys ja mittausepävarmuus. Metrologinen jäljitettävyys tarkoittaa, että mittaustulos voidaan yhdistää SI-mittayksikön toteutukseen katkeamattomalla vertailujen ketjulla eli kalibrointiketjulla. Huoneilman haitallisten kaasujen pitoisuutta mittaava laite voi esimerkiksi olla kalibroitu kaasuseoksella, jonka pitoisuus on tarkkaan tunnettu. Haluttu pitoisuus voidaan tuottaa sekoittamalla ilmaan tunnettu määrä tutkittavaa kaasua. Annostelulaitteen tuottama kaasuvirtaus määritetään punnituksen ja ajan mittauksen avulla. Kun vaaka on kalibroitu kilogramman toteuttavaan mittanormaaliin jäljitettävillä punnuksilla, on jäljitettävyysketjumme ehjä. 

Mittausepävarmuus puolestaan kuvaa mahdollisten mittaustulosten jakaumaa todellisen arvon ympärillä. Se kuvaa mittaukseen liittyvää (epä)luotettavuutta. Käsimittalaitteemme voi siis antaa tuloksen, joka poikkeaa huoneilman todellisesta kaasupitoisuudesta esimerkiksi siksi, että kalibrointikaasuseoskin voidaan tuottaa vain rajallisella tarkkuudella laitteiston rajoituksista johtuen, tai jos vaikkapa huoneen ilmastointi vaikuttaa mittausta häiritsevästi. Jokainen jäljitettävyysketjun vertailu vaikuttaa osaltaan mittausepävarmuutta kasvattavasti.
Mittausten vertailtavuus on metrologiajärjestelmän kulmakivi. Vertaamalla omia mittauksiasi muihin metrologisesti jäljitettäviin mittauksiin voit osoittaa oman mittauskyvykkyytesi. Tulosten tulisi olla yhtäpitävät arvioitujen mittausepävarmuuksien sisällä. Jos esimerkiksi haitallisen kaasun pitoisuutta mitataan samassa tilassa kaasukromatografiaan tai optisen spektroskopiaan perustuvin menetelmin, ei mittaustulosten tulisi poiketa toisistaan mittausepävarmuutta enempää. Jos ne eivät ole, joko mittausmenetelmä itsessään ei ole toimiva, tai sitten tulosten mahdollinen hajonta - mittausepävarmuus - on aliarvioitu. Ilmiöt ovat usein monimutkaisia. Mitattavan ilmiön itsensä lisäksi mittalaite tai mittausympäristö voivat aiheuttaa yllättäviä mittausepävarmuuden lähteitä. 

Metrologia siis paljastaa innovaatioiden todellisen kauneuden tai karun totuuden: Täyttävätkö ne todella lupauksensa? Voimmeko luottaa tulokseen – oli se sitten formaldehydin poiston tehokkuus, satelliittikuvan laatu, kasvin kasvatusympäristön optimointi, anturin tekemä päätös tai lämpöpumpun todellinen hyötysuhde? Ovatko mittaustulokset todella vertailtavia muilla vastaavilla laitteilla ja menetelmillä saavutettavien tulosten kanssa?

Mittanormaaleja tulevaisuuden innovaatioita varten

Siinä missä mittaamisen perusyksiköt ovat muuttumattomia, on metrologia alana jatkuvasti muutoksessa. Metrologien tulee pysyä ajan hermolla voidakseen palvella hupputason teknologisia innovaatioita. Metrologinen jäljitettävyys on pystyttävä tuomaan SI-yksiköistä uusiin keihäänkärkiteknologioihin. Mittausepävarmuus on arvioitava, jotta voidaan osoittaa, mihin uusi teknologia todella kykenee. Tärkeää on, että metrologian ja metrologien ei tule vain kertoa, että ”väärin mitattu”. Metrologian tulee kertoa, missä tulee parantaa, ja mihin asioihin keskittyä innovaatio- ja teknologiakehityksessä.

Mittanormaalien ja mittausten jäljitettävyyden kehitys mittaussovelluksiin, jotka ovat vielä tänään mahdottomia kuvitellakin, tukevat tulevaisuuden innovaatioita. Oli kysymys sitten alhaisten formaldehydipitoisuuksien mittauksesta, maapallon lämpötilan vaihtelun luonnollisten ja ilmastonmuutosperäisten lähteiden erottelusta, kasvien kasvun tehostamisesta, tekoälyn metrologisesta arvioinnista tai lämpöpumpun todellisen suorituskyvyn mittauksesta - tai jostakin, josta emme osaa vielä edes uneksia!

Jaa