Korkeatasoista tutkimusta

Perustieteiden korkeakoulussa toimii tällä hetkellä kuusi Suomen Akatemian tutkimuksen huippuyksikköä, joista kahdessa korkeakoulu on mukana muiden yliopistojen kanssa yhteisessä huippuyksikössä.

Huippuyksikkö on korkeatasoinen tutkimus- ja tutkijankoulutusyksikkö, joka on alansa kansainvälisessä kärjessä ja muodostuu yhdestä tai useasta tutkimusryhmästä. Yksiköllä on selkeät yhteiset tutkimukselliset päämäärät sekä yhteinen johto. Huippuyksikön voivat muodostaa sekä yliopistoissa että tutkimuslaitoksissa toimivat tutkimusryhmät, myös yhteistyössä yritysten kanssa. Akatemian lisäksi myös yliopistot ja tutkimuslaitokset sekä muut tahot rahoittavat huippuyksiköitä. Suomen Akatemia vastaa kansallisista tutkimuksen huippuyksikköohjelmista.

Huippuyksiköt Perustieteiden korkeakoulussa

• Laskennallinen päättely COIN
• Laskennallinen nanotiede COMP
• Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöt ja komponentit
• Biosynteettisten hybridimateriaalien molekyylimuokkaus HYBER

Laskennallinen päättely COIN (2012-2017)

Laskennallisen päättelyn huippuyksikkö COIN kehittää menetelmiä, joiden avulla data muutetaan hyödylliseksi informaatioksi. 

Pääpaino on suurissa tietovarannoissa, laskennallisesti vaativassa mallinnuksessa ja päättelyalgoritmeissa. Tavoite on päästä ratkaisemaan entistä monimutkaisempia ongelmia, jotka vaativat rakenteellisempia tietomalleja ja erittäin nopeaa päättelyä. COIN yhdistää usean alan päättelyyn liittyvää asiantuntemusta - laskennallisia haasteita päästään käsittelemään koneoppimisen, laskennallisen tilastotieteen, tilastollisen fysiiikan ja rajoitepohjaisten hakujen sekä optimoinnin avulla. 

COIN työskentelee kahden lippulaivasovelluksen parissa. Intelligent information access -hankkeessa haasteena on hyödyntää massiivisia toisiinsa kytköksissä olevia informaatiolähteitä niin arkielämän kuin tieteen piiristä ja valuta mitä tietoa käyttäjälle esitellään. Päättelyn täytyy tapahtua verkossa välittömästi oppimalla käyttäjän käyttäjän vastauksista ja reaktioista.

Laskennallisen biologian ja lääketieteen lippulaivahankkeessa COIN kehittää menetelmiä, joiden avulla voidaan maksimaalisesti hyödyntää mittaustietokantoja ja strukturoituja todennäköisyysmalleja bioinformatiikassa. 

Näiden kahden lippulaivahankkeen lisäksi COIN tutkii muutamaa testisovellusta yhteistyössä huipputason akateemisen ja teollisuudessa olevan sovelluskehittäjän kanssa. 

Professori Samuel Kaski on huippuyksikön johtaja. Hänen edeltäjiään ovat Aalto-professori Erkki Oja ja akateemikko Teuvo Kohonen.

Katso huippuyksikön esittelyvideo

Laskennallinen nanotiede COMP (2012-2017)

Nanotieteen huippuyksikköä on johtanut vuoden 2013 marraskuusta lähtien professori Päivi Törmä. Siellä  työskentelee noin 70 henkilöä, joista noin 30 on jatko-opiskelijoita, 10 Aalto-yliopiston professoria ja senioritutkijaa sekä yli 20 kansainvälistä nuorta post doc -tutkijaa ja vierailijaa. Yksikön ulkomaiset tutkijat tulevat mm. USA:sta, Australiasta, Koreasta, Kiinasta. Euroopan maista edustettuina ovat mm. Italia, Ranska, Ruotsi ja Saksa.

Huippuyksikön työ keskittyy nanomateriaalien, -rakenteiden ja -komponenttien teoreettiseen ja laskennalliseen tutkimukseen. Tutkimusalueina ovat muun muassa materiaalien ja nanorakenteiden elektroniset ominaisuudet, monihiukkasilmiöiden kvanttifysiikka sekä pintojen ja rajapintojen nanorakenteet. Tutkimus on monialaista ja tutkimuskohteet vaihtelevat atomitason ilmiöistä makromaailmaan. Tutkimustyön ohella huippuyksikkö tuottaa erilaisia sovelluksia.

COMP on toiminut myös merkittävänä tutkijakouluna. Huippuyksikkökausina se on kouluttanut lukuisia professoreita niin kotimaisiin kuin ulkomaisiin yliopistoihin. Lue lisää COMP-huippuyksiköstä Teknillisen fysiikan laitoksen sivuilta (englanniksi).

Katso huippuyksikön esittelyvideo (englanniksi).

Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöt ja komponentit LTQ (2012-2017)

Akatemiaprofessori Jukka Pekolan johtamalla Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja -komponenttien huippuyksiköllä on ollut edeltäjiä jo O.V. Lounasmaa -laboratoriossa (entinen Kylmälaboratorio)  vuodesta 1994 alkaen. Tutkimustyötä ovat johtaneet akateemikko Olli V. Lounasmaa sekä professori Mikko Paalanen. Huippuyksikössä on mukana tutkijoita Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitokselta ja VTT:ltä.

LTQ huippuyksikkö tutkii kvantti-ilmiötä sekä jatkuvassa väliaineessa kuten heliumnesteissä ja -kiteissä ja metallisissa nanorakenteissa että uusilla valmistustekniikoilla toteutetuissa nanomittakaavan rakenteissa. Sen tavoitteena on selvittää aineen kvanttimekaanista luonnetta sekä tuottaa uudenlaisia sähköisiä ja mekaanisia komponentteja. Kvantti-ilmiöihin perustuen on toteutettu esimerkiksi erittäin herkkiä säteilynilmaisimia ja aivotoimintojen mittaamiseen käytettäviä magneettikentän sensoreita. 

Matalissa lämpötiloissa aine asettuu perustilaansa, jonka ominaisuudet saattavat poiketa suurestikin siitä, mihin on totuttu normaaliolosuhteissa. Esimerkkejä tästä ovat metallien suprajohtava tila, jossa sähkövirta kulkee häviöttömästi, sekä heliumnesteiden suprajuokseva tila, jossa nestevirtaus on häviötöntä. Molemmat ovat esimerkkejä makroskooppisista kvanttimekaanisista ilmiöistä, joita esiintyy matalissa lämpötiloissa.

Tutkimusyksikössä työskentely antaa tutkijoilleen hyvät mahdollisuudet sijoittua R&D-toimintaan teollisuudessa kuin myös hyvän akateemisen uran luomiseen kansainvälisessä ilmapiirissä. Yksikkö tuottaa monipuolisen tutkijakoulutuksen saaneita nuoria fyysikoita kansainvälisille urapoluille. Tutkimuksen pohjalta on käynnistynyt myös useita kryo- ja nanotekniikan yrityksiä. Lue lisää LTQ-huippuyksikön sivuilta(englanniksi).

Katso huippuyksikön esittelyvideo (englanniksi).

Biosynteettisten hybridimateriaalien molekyylimuokkaus HYBER (2014-2019)

HYBER-huippuyksikköä johtaa akatemiaprofessori Olli Ikkala. Siinä yhdistyvät neljä osaamisaluetta: molekyylien ja kolloidien itsejärjestyminen, proteiinien geneettinen muokkaus, selluloosan ja puupohjaisten nanomateriaalien tuottaminen ja räätälöinti, sekä räätälöityjen biomolekyylien biologinen tuottaminen.

Neljän osaamisalueen yhdistelmä kattaa ketjun materiaalien suunnittelusta niiden muokkaukseen ja tutkimiseen molekyylitasolta nanotasolle. Sen seurauksena pystytään ymmärtämään, miten materiaalit käyttäytyvät käytännön sovellutusten tasolla. Tavoitteena on myös ymmärtää, miten materiaaleja  voidaan tuottaa ja mitkä ovat niiden mahdollisuudet ja rajoitukset. Lue lisää HYBER-huippuyksikön sivuilta (englanniksi)

Muiden yliopistojen ja tutkimuslaitosten kanssa yhteiset huippuyksiköt

Molekylaarinen systeemi-immunologia ja fysiologia, Symmys (2012-2017)

Huippuyksikköä johtaa professori Mikael Knip Helsingin yliopistosta. Yksikön tavoitteena on saada tietoa elimistömme immuunijärjestelmän sekä muiden fysiologisten järjestelmien vuorovaikutuksista. Immuunijärjestelmä reagoi geneettisiin ja biokemiallisiin vaihteluihin sopeutuvasti. Tämä saattaa osaltaan edistää autoimmuunisairauksien - esimerkiksi diabeteksen ja nivelreuman - kehittymistä. Immuunijärjestelmällä on merkittävä rooli muissakin sairauksissa.

VTT:n lisäksi huippuyksikköön kuuluu neljä tutkimusryhmää, joista Aalto-yliopiston osuudesta vastaa professori Harri Lähdesmäki Perustieteiden korkeakoulusta tutkimusalueenaan laskennallinen systeemibiologia.
Lue lisää Symmys-huippuyksikön sivuilta (englanniksi)

Auringon pitkäaikainen muutos ja vaikutukset, ReSoLVE (2014-2019)

ReSoLVE-huippuyksikkö tutkii avaruusilmastoa eli auringon magneettikentän ja magneettisen aktiivisuuden pitkäaikaista vaihtelua ja sen vaikutusta erityisesti maan lähiavaruudessa. Auringon magneettinen toiminta on vaihdellut dramaattisesti viime vuosikymmeninä. Huippuyksikkömme pyrkii selvittämään, mitä viimeisen 100–150 vuoden aikana auringossa on tapahtunut ja mitä vaikutuksia sillä on ollut maan magneettisen myrskyisyyden kehitykselle. Aurinkotuulen häiriöt voivat aiheuttaa merkittäviä ongelmia teknologisille järjestelmille, kuten satelliiteille, tietoliikenteelle sekä sähkön tuotannolle ja jakelulle. Auringon toiminta vaikuttaa myös maan ilmakehään ja ilmastoon monin eri tavoin, joista on toistaiseksi vasta varsin vähän tietoa.

Huippuyksikköä johtaa professori Kalevi Mursula Oulun yliopistosta.

Aalto-yliopistosta huippuyksikköön kuuluu dosentti Maarit Käpylän tutkimusryhmä Computational methods and data analysis for astrophysics tietotekniikan laitokselta.
Lue lisää ReSoLVE-huippuyksikön sivuilta (englanniksi)