Puuta kannattaa valaista kuin potilasta – Uusi tekniikka auttaa säästämään kaupunkien arvopuita turhilta kaadoilta - Tiede | HS.fi

Puuta kannattaa valaista kuin potilasta – Uusi tekniikka auttaa säästämään kaupunkien arvopuita turhilta kaadoilta

Puutomografiasta on hyötyä niin kaupunkisuunnittelussa, sahateollisuudessa kuin taiteen tutkimuksessa.

Tutkijat läpivalaisivat Peter Paul Rubensin ateljeessa syntyneen

4.11.2021 2:00 | Päivitetty 4.11.2021 6:45

Ihmisiä on tutkittu jo pitkään tietokonetomografialla esimerkiksi luunmurtumien, aivohalvausten ja syöpien selvittämiseksi. Viipalekuvaukseksikin kutsuttu TT-kuvaus perustuu röntgensäteilyn käyttöön ja monimutkaiseen tietokonelaskentaan.

Nyt hieman vastaavanlaista kuvantamista sovelletaan puiden sisälmysten selvittämiseen.

Tukkien mittaaminen röntgensäteiden, laserin ja kameroiden avulla antaa sahateollisuudelle arvokasta tietoa tavaran laadusta.

Uusista tekniikoista on apua myös kaupunkisuunnittelussa, sillä näin voidaan välttyä vanhojen puistopuiden tarpeettomalta kaatamiselta.

Lisäksi röntgenskannereita pystytään hyödyntämään puulle maalattujen vanhojen taulujen iän määrittämisessä.

Sahatukin sisälle nähdään jo hyvin.

Sahateollisuudessa tukkimittari määrittää puun ulkoiset ja sisäiset ominaisuudet kuten pituuden, läpimitan, tilavuuden ja oksatiedot tukkien vastaanottoa ja sahan tuotannon ohjausta varten.

”Nykyaikainen tukkimittari perustuu aina monisensoritekniikkaan. Yleisimmin käytössä oleva yhdistelmä perustuu laser-3D-mittaukseen ja kahden suunnan röntgenmittaukseen”, kertoo laitetoimittaja Microtec Espoon projektipäällikkö Lauri Vuosalmi.

Lisäksi mittariin voidaan yhdistää kamera- ja videokuvaa.

Microtecin tukkimittari tuottaa puun sisärakenteesta kolmiulotteisen kuvan hyödyntämällä ympärikeilaavaa säteilylähdettä.

Tekoäly määrittää tukille sahattavan asetteen ja laskee sopivan pyörityskulman oksatyyppien ja -kulmien mukaan.

Puun läpivalaisukuvassa sisäoksatkin näkyvät hyvin.

Tukki on tekoälyn avulla mahdollista tunnistaa seuraavissa tuotantovaiheissa sahattuina lautoina. Valmiista sahatavarapaketista tiedetään, mistä tukeista paketti koostuu. Tämä helpottaa tuotannon optimointia ennen näkemättömällä tavalla, sillä prosessin ohjausta pystytään säätämään.

”Puun laatutietoa voidaan jakaa tuotantoketjussa puun hankintaan ja hakkuuketjulle, mikä mahdollistaa tarkemman katkonnan ohjauksen. Tällöin myös puusta maksetaan oikea hinta”, Vuosalmi sanoo.

”Oikea hinta” eli taloudelliset hyödyt pitävät kilpailua yllä. Toinen suomalaisyritys, Lappeenrannassa toimiva Finnos puhuu datafuusiosta.

Myös Finnoksen tukkimittari kuvaa tukkia röntgensäteillä, lasereilla ja kameroilla. Tekoäly käsittelee dataa ja optimoi sahausta.

Kilpailu ajaa yrityksiä yhä syvemmälle tieteeseen. Finnoksen ja Lappeenrannan–Lahden teknillisen yliopiston tutkijat ovat selvittäneet mahdollisuuksia määrittää puun oksaisuus ulkoisella lasermittauksella.

Laser tunnistaa kohoumat, jotka kertovat oksista puun sisällä. Sisärakenteesta saadaan tietoa ilman varsinaista läpivalaisua, mikä alentaisi kustannuksia.

”Kehitys on alkanut sahojen tuotannon ohjauksen tarpeesta löytää röntgenin avulla tarkka kuoreton latvaläpimitta. Tämä on ollut kaiken röntgenmittaamisen perusta jo vuosikymmeniä ja on edelleen kaikista tärkein ominaisuus”, Vuosalmi valottaa taustaa.

Viime aikoina on kiinnostuttu puun sisäominaisuuksien määrittämisestä.

”Etenkin mäntysahoilla on oleellista tietää tarkka puun sisäinen rakenne, mutta myös kuusisahoilla on herätty laatuperusteiseen lajitteluun etenkin terveoksatuotteiden tuotannossa. Ennen tämä ei ole ollut mahdollista, sillä käytössä ollut tekniikka on ollut liian epävarmaa.”

Mittauslaitteet ja datan käsittelymenetelmät edistyvät rinta rinnan.

”Tekoälyssä ja mittaustekniikassa on molemmissa paljon potentiaalia”, sanoo yliopistotutkija Laura Tomppo Itä-Suomen yliopistosta.

Puita voidaan katkoa entistä tarkemmin käyttötarkoituksen mukaan jo korjuuvaiheessa.

”Tekoälyllä ja oppivilla menetelmillä saadaan koko ajan tarkempaa kuvaa puun sisärakenteesta.”

Uusista teknologioista hän mainitsee sähköimpedanssispektroskopian, jossa puuta kuvataan sähkökentän avulla.

”Tekniikka ei ole vielä teollisessa käytössä, mutta olemme testanneet sitä metsässä puun korjuuvaiheessa”, Tomppo kertoo.

Itä-Suomen, Helsingin ja Tampereen yliopiston sekä luonnonvarakeskus Luken tutkijoista koostuva ryhmä mittasi sähköisesti ja valokuvaamalla männyn sydänpuuta jo korjuuvaiheessa metsässä.

Mittaukset ja kuvaukset tehtiin tukin päästä. Tulokset olivat lupaavia, ja tutkijoiden mukaan uudet menetelmät antavat mahdollisuuksia katkoa puut entistä tarkemmin käyttötarkoituksen mukaan jo korjuuvaiheessa.

Sahateollisuudessa käsitellään isoilla koneilla suuria määriä kaadettuja puita. Hyvin erilainen mittaustilanne syntyy, kun halutaan saada hellävaraisesti tietoa kasvavan puun tilasta poraamatta runkoon reikiä.

Kaupungeissa pystytään siten säilyttämään kulttuurihistoriallisesti arvokkaita puisto- ja katupuita, jos ne ovat yhä terveitä.

Arboristien työkaluksi on kehitetty kannettavia ultraäänilaitteita.

Täydellinen esimerkki löytyy Puolasta, Lublinin kasvitieteellisen puutarhan vanhimman osan Kósciuszkon redutin eli linnakkeen ympärillä.

Redutti on muisto Amerikan vallankumouksen ja Puolan kapinan sankarin Tadeusz Kósciuszkon toiminnasta. Linnake on säilynyt hyvin, samoin ympäröivä puisto. Olisi pyhäinhäväistys kaataa puu turhaan.

Maisema-arkkitehtuurin ja puutarhatieteen tutkijat Margot Dudkiewicz ja Wojciech Durlak Lublinin yliopistosta arvioivat puiden tilan asianmukaisella kunnioituksella.

Kasvavien puiden kuvaamisessa sahateollisuuden tukkimittarit olisivat mahdottoman suuria ja kalliita.

Toisaalta vaatimuksetkin ovat erilaiset. Lahojen osien havaitseminen ja terveen puun määrän mittaaminen riittää. Arboristien työkaluksi on kehitetty kannettavia ultraäänilaitteita, jollaisia puolalaistutkijatkin käyttivät.

Tutkijat selvittivät ensin alueen puut ulkoisten mittausten ja havaintojen mukaan. Tomografiatutkimuksiin he valitsivat viisi heikkokuntoisinta puuta: kaksi metsävaahteraa, metsälehmuksen ja yhden kanadanpoppelin. Pienet lehdet ja irronneen kaarnanpalat kielivät puiden ongelmista.

Akustisessa tomografiassa lähetetään äänipulssi puunrungon läpi. Ääni on korkeataajuista, ihmiselle kuulumatonta ultraääntä.

Äänen nopeus riippuu puuaineksen tiheydestä ja kimmoisuudesta. Data muokataan poikkileikkauskuvaksi, jonka värit kertovat puun tiheydestä, mikä puolestaan antaa vihjeitä lahoista paikoista ja tyhjistä onteloista.

Vahingoittuneissa kohdissa äänen eteneminen hidastuu.

Kaksi Puolassa tutkituista puista oli hyvässä kunnossa, kolme eriasteisesti lahoamassa.

Yksi puista oli lähes peruuttamattomasti tuhoutumassa. Koska se sijaitsi poissa kulkutieltä, tutkijat päätyivät suosittamaan latvan poistamista ja lopun rungon jättämistä pystyyn.

Maalaustaiteessa röntgenskannerilla voidaan määrittää puupohjalle maalattujen taulujen puupaneelin ikä.

Perinteiden vuosirengasmenetelmä eli dendrokronologia on parhaimmillaankin epäluotettava, koska taideteoksista saadaan ottaa vain hyvin pieniä näytteitä.

Amsterdamin yliopiston taidehistorioitsija Marta Domınguez-Delmas ja hänen työtoverinsa ovat kehittäneet menetelmiä puupohjaisten taideteosten tutkimiseksi röntgenläpivalaisulla.

Cadmus kylvämässä lohikäärmeen hampaita -maalauksen puupohjan poikkileikkaus tietokonetomografiakuvissa. Alhaalla on tammea, ylhäällä aitomahonkia. Kirkkaat kohdat ovat maalauksen värin pigmenttejä.

Tutkijaryhmä selvitti tekoaikaa puupohjaiselle taideteokselle, joka oli syntynyt Peter Paul Rubensin (1577–1640) ateljeessa. Maalaus on luonnos teokseen Cadmus kylvämässä lohikäärmeen hampaita.

Aiempi tutkimus oli tuonut ristiriitaisia tuloksia.

Yhdessä selvityksessä maalaus oli perinteisellä dendrokronologialla ajoitettu aikaisintaan vuoteen 1654 eli Rubensin kuoleman jälkeiseen aikaan. Toisessa tutkimuksessa aikaisimmaksi mahdolliseksi tekovuodeksi saatiin 1610.

Lopulta päätettiin tehdä tutkimus ainetta rikkomattomalla menetelmällä, röntgentomografialla.

Vieläkään ei tiedetä, osallistuiko Rubens Cadmuksen tekemiseen.

Ensimmäinen havainto oli, että paneelissa oli käytetty kahta puulajia. Maalauksen pohja oli suurella todennäköisyydellä eteläamerikkalaista aitomahonkia.

Takana oli tukena toinen paneeli, joka oli tammea. Sen ikä selvisi. Tutkimus osoitti suurella varmuudella, että puu oli kaadettu vuoden 1557 jälkeen.

Mahongin ikä sen sijaan jäi arvoitukseksi. Vertailusarjat ulottuvat taaksepäin vain 1800-luvulle saakka. Tulokset eivät sulje pois mutta eivät vahvistakaan, oliko Rubensilla itsellään mahdollisuus osallistua Cadmuksen tekemiseen.

Esille tulivat myös puulajien erot. Säteilyä kulkee enemmän harvan ja vaalean kevätpuun kuin tiheän ja tumman kesäpuun läpi.

Tammilla kevätpuun suuret huokoset helpottavat vuosirenkaan havaitsemista. Poppeleilla, pähkinäpuilla ja monilla trooppisilla lajeilla huokoset ovat jakaantuneet renkaan poikki ilman selvää rajaa.

Vuosirengasta on vaikea nähdä. Ehkä tulevaisuudessa läpivalaisuteknologia kehittyy niin, että se sopisi entistä paremmin erilaisille puulajeille.

Artikkeliin liittyviä aiheita

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat