Etikettarkiv: Teknik

Så kan rymddata bidra till hållbarhet

Nuria Agues Paszkowsky och Joel Sundholm på RISE. Foto: Daniel Holmgren
Nuria Agues Paszkowsky och Joel Sundholm på RISE. Foto: Daniel Holmgren

Plattformen Digital Earth Sweden gör jordobservationsdata lättillgänglig. Tillsammans med AI kan informationen ge slutsatser om allt från klimatförändringar till fuskbyggen.

Varje dag ger satelliter, flygplan och digitala avläsningar aktuell information om vår planets yta. Denna information kan bidra till att öka kunskapen om miljöförändringar på mark och i hav, lokalt som globalt. Sammantaget handlar det dock om miljontals bilder och annan data som ger en stadig portion data på omkring 20 terabyte per dag. Det är en omfattning som är minst sagt resursbetungande.
Därför utvecklar RISE i samarbete med Rymdstyrelsen plattformen Digital Earth Sweden. Plattformen samlar och hanterar jordobservationsdata från EU:s Copernicusprogram och amerikanska Landsat, men även andra slags data som flygfoton och skanningar från Lantmäteriet. Målet är att data i plattformen ska vara tillgänglig och fri att nyttja för forskningsprojekt, myndigheter och företag.
– Datamängderna som genereras är svåra för till exempel ett enskilt forskningsprojekt att hantera. Med plattformen håller vi ordning på all data och hjälper projekten komma i gång snabbare med det man vill göra, säger Joel Sundholm på RISE, som leder utvecklingsteamet för Digital Earth Sweden.

Den ena bilden är obearbetad och ser ut som ett vanligt foto medan den andra är bearbetad med en analys som är relevant för skogsbränder.

Data i nära realtid
Det kan för en mindre yta handla om hundratals bilder som ger tillgång till data i nära realtid.
– Det kan jämföras med tidigare då flygfoton togs över ett område kanske en gång om året. Det här ger helt andra möjligheter att bygga tidsseriedata, säger Joel.
För att öka nyttan av all data arbetar Nuria Agues Paszkowsky med dataanalys och AI-metoder som kan appliceras på plattformen.
– Det finns så många intressanta saker vi kan göra med det här. Till exempel övervaka ängs- och betesmarker och spåra klimatförändringar över tid. Men även hjälpa drönare att undvika vegetation eller byggnader. Sammantaget ger det underlag för att ta klokare och mer hållbara beslut. säger hon.

Ger synergieffekter
En utmaning med de här analyserna är att det ofta finns atmosfäriska störningar, så som moln. Framför allt tunna moln är svåra att identifiera, och det finns få metoder anpassade för svenska förhållanden. Att undersöka möjliga lösningar till detta är ett av målen med projektet Nationellt Rymddatalabb 2.0.
– Med alla data och beräkningskraft samlade på en plats kan vi få synergieffekter mellan myndigheter, företag och forskning, säger Joel.
– Det är en viktig del av visionen för Digital Earth Sweden. Vi kommer att ha både data till dem och AI-metoder redo för analys, avslutar Nuria.

Klicka här för att läsa mer om Digital Earth Sweden

RISE – rymddatalabb

RISE är värd för plattformen Digital Earth Sweden som utvecklas i samarbete med Rymdstyrelsen. RISE ingår i det pågående projektet Nationellt Rymddatalab 2.0 som även inkluderar Rymdstyrelsen, Luleå tekniska universitet och AI Sweden. Syftet med projektet är att vara en svensk hubb för rymddata och en del av ett europeiskt system för jordobservationsdata. Projektet är finansierat av Vinnova till oktober 2023.

www.ri.se
spacedatalab.se
digitalearth.se

Skräddarsyr programmeringsspråk för Sakernas internet

Robert Krook, doktorand och Koen Claessen, professor vid Institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers. Foto: Lisa Jabar  / AnnalisaFoto
Robert Krook, doktorand och Koen Claessen, professor vid Institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers. Foto: Lisa Jabar / AnnalisaFoto

Utvecklingen på programmeringssidan börjar komma i fatt Internet of Things. Förr fick programmerarna försöka pussla ihop nätverken med de program som stod till buds. Nu arbetar forskare på Chalmers med att utveckla ett programmeringsspråk som är skräddarsytt för ändamålet.

Tv, dammsugare, kylskåp, babymonitor och hemlarm är bara några exempel på saker i hemmen som kan kopplas upp mot internet. Fördelarna är många, uppkopplade apparater kan både effektivisera och skapa nya möjligheter att förenkla människors vardag. Problemet är att de även skapar möjligheter att hacka nätverken – och det är här som Koen Claessen, professor vid Institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers, kommer in i bilden. Tillsammans med sin forskargrupp är han i färd med att utveckla Scoria, ett programmeringsspråk som är skräddarsytt för sakernas internet och gör uppkopplade enheter säkrare.
– De flesta av dagens uppkopplade apparater är programmerade i C-språket som inte är designat för den här typen av enheter. Det är väldigt lätt att göra fel och felen kan användas för att hacka nätverken, med allt det kan innebära i form av att till exempel låsa upp dörrar, stänga av larm eller aktivera en säkerhetskamera, säger Koen Claessen.

Viktiga tidsaspekter
En stor utmaning i utvecklingen av Scoria är tid, i två olika avseenden: batteritid och ”mötestid”.
– Det finns många uppkopplade enheter i ett hus som ska prata med varandra via små radiosändare och -mottagare. Men de ska inte lyssna hela tiden eftersom lyssnandet slukar batteritid. Därför vilar enheterna i ganska stor utsträckning och kommer överens om att vakna och utbyta information till exempel var femte minut. För att de ska kunna kommunicera på det här sättet krävs programmering som tillåter utbyte av information i realtid vilket vi har tagit höjd för i Scoria.
Projektet har redan kommit en bra bit på väg.
– Vi har en prototyp som vi implementerat som ett inbäddat språk i ett annat språk, Haskell. Just nu testar vi olika features och studerar om vi genom Bluetooth kan skapa ett nätverk där uppkopplade enheter kan skicka meddelanden till andra enheter som vaknar, informerar vidare och sedan återgår i viloläge.
Koen Claessen påpekar att det finns standardprotokoll för detta ändamål men att forskargruppen vill se om de kan göra samma sak i Scoria eftersom programmet är skyddat från de typiska fel som lätt görs i C-språket.
– Programmering kan inte lösa alla luckor i Sakernas internet men några av de vanligaste felen kan vi undvika på detta vis.

Chalmers – Octopi

Utvecklingen av Scoria ingår i Octopi, ett femårigt forskningsprojekt som leds av Alejandro Russo, biträdande professor vid Institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers tekniska högskola. Tyngdpunkten ligger på att skapa ett skräddarsytt programmeringsspråk för Sakernas internet där säkerheten garanteras genom hela utvecklingsprocessen, snarare än att läggas till i efterhand. Projektet finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning, SSF.

www.chalmers.se

Hållbart systemskifte inom fordonsindustrin

Boel Ekergård, universitetslektor och docent vid Högskolan Väst. Foto: Peter Wahlström
Boel Ekergård, universitetslektor och docent vid Högskolan Väst. Foto: Peter Wahlström

Vid Högskolan Väst bedrivs omfattande satsningar på hållbar elfordonsutveckling med framtidens lösningar för en fossilfri fordonsflotta. Här finns internationellt framstående forskning och utbildning i nära samverkan med akademin och fordonsindustrin.

Med rådande klimatomställning står fordonsindustrin inför ett omfattande systemskifte. För att klara omställningen till elektrifiering av fordonsflottan krävs dock nya idéer och lösningar.
– Ska vi lyckas måste vi satsa på hållbara grundmaterial och även ta ansvar för hela värdekedjan, från design och produktion till implementering och materialåtervinning. Vid Högskolan Väst arbetar vi med hela systemet, vilket är relativt unikt, säger forskningsledaren Boel Ekergård, universitetslektor och docent vid Högskolan Väst.
Sedan 2019 är Högskolan Väst en del av det nationella kompetenscentret SEC, Swedish Electromobility Center, som bedriver forskning och utveckling av e-mobilitet som elfordon, hybridfordon och laddningsinfrastruktur.
Vid högskolan Väst pågår omfattande forskning för en hållbar omställning till elektriska drivlinor till fordon (en drivlina är ett tekniskt system av komponenter som driver ett motorfordon eller annat fordon framåt).
– Vi arbetar med effektivisering av delsystem och komponenter i den elektriska drivlinan i ett elektriskt fordon, men också med integreringen hållbara materialval. Vi vill designa och bygga oss fria från import av kritiska, fossila resurser.

Förnyelsebar källa
Elektrifieringen av bilar, båtar och flyg gör att behoven av magnetiskt material ökar dramatiskt. Vid Högskolan Väst är forskningen långt framme när det gäller utvinningen av ferrit, en restprodukt från stålindustrin. I Sverige finns tillgång till stora volymer av ferrit och det är dessutom ett billigare och mer hållbart material jämfört med de kritiska jordartsmetallerna.
– Råmaterialet till ferrit är en restprodukt från stålindustrin, vilket innebär att vi kan utveckla permanentmagnetiserade elektriska maskiner baserat på inhemska material. Den tekniska möjligheten i full skala är redan visad, nu jobbar vi på att få en så hög verkningsgrad som möjligt, säger Boel Ekergård.
Hon leder en internationellt framstående forskargrupp inom elfordonsteknik som har en nära samverkan med både nationella och internationella aktörer.
– Jag för regelbundet samtal med internationella forskarmiljöer som är nyfikna på både vår undervisning inom elektriska drivlinor och hur vi väver in forskning i vår utbildning.
Forskargruppen har på nationell nivå ett nära samarbete med bland andra Uppsala universitet och med ett flertal strategiska industripartners, exempelvis Volvo Cars.
– Vår ambition är att bygga en högeffektiv, pris- och produktionskonkurrenskraftig testbädd i samarbete med våra industriella partners. Högskolan Väst har även ambitionen att bli ett centrum för batteriåtervinning och vara ledande inom detta område.
Vi vill bland annat bygga en demonstrationsplattform för automatiserade demonteringar av batterier. Det handlar om att redan från början bygga batteripack som gör det möjligt att lösa ut material för återvinning eller byta ut och ersätta förslitna material, säger Boel Ekergård.

Arbetsintegrerat lärande
Behovet av framför allt elektroingenjörer är omfattande. I samverkan med fordonstillverkare och andra aktörer i Västsverige har två nya utbildningar och flera fristående kurser tagits fram vid Högskolan Väst. Syftet är att möta de kompetensbehov som behövs för att fordonsindustrin ska klara sin omställning.
– Närheten mellan högskolan och Västsveriges industri har skapat ett framgångsrikt och långvarigt samarbete, inte minst vad gäller utveckling av undervisnings- och forskningsprogram inom elektroteknik, med fokus på energikonvertering, energilagring och batteriåtervinning.
Högskolan Väst är Sveriges ledande högskola inom arbetsintegrerat lärande och har regeringens uppdrag att vidareutveckla utbildningsmodellen. Den innebär att teori kopplas till praktik genom laborationer, gästföreläsningar, studiebesök på företag och möjligheten att göra examensarbete om aktuella problemställningar inom fordonsindustrin.
– Hos oss får man en akademisk examen samtidigt som man möter arbetslivet redan under studietiden. Det gör våra studenter väldigt attraktiva eftersom de besitter spetskompetens och kunskaper som branschen efterfrågar.

Högskolan Väst – Elfordon

Högskolan Väst driver spetsforskning och utbildning inom produktionsteknik. Forskningsprojekten drivs av Högskolan Väst i nära samverkan med Volvo Cars och Uppsala universitet. Högskolan Väst har nyligen etablerat forskningsmiljön Primus, som via KK-stiftelsens program ”KK-miljö” ska utveckla stark forskning och utbildning inom teknik och lärande. Syftet är ytterst att stärka svensk industri och konkurrenskraft.

www.hv.se

Serendipity förbättrar skyddet mot cyberattacker

Mikael Sjödin (till vänster), professor och forskningsledare för forskningssatsningen Serendipity vid Mälardalens universitet tillsammans med sina forskarkollegor. Foto: Henrik Mill
Mikael Sjödin (till vänster), professor och forskningsledare för forskningssatsningen Serendipity vid Mälardalens universitet tillsammans med sina forskarkollegor. Foto: Henrik Mill

I den femåriga forskningssatsningen Serendipity vid Mälardalens universitet studeras hur man på ett effektivt sätt kan stärka skyddet av säkerhetskritiska system. Serendipity finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning och består av tre delprojekt med fokus på kravhantering, modellering och upprätthållande av säkerhet, även när system befinner sig under attack. Inom ramen för satsningen utvecklas innovativ plattformsteknik som tål såväl buggar som cyberattacker.

Tålighet mot cyberattacker är livsviktigt för att nå hållbar krisberedskap och ett motståndskraftigt samhälle med digitaliserade infrastrukturer och fordon. Baserat på sin gedigna kunskap om utveckling av robusta datorsystem utvecklar forskarna på Mälardalens universitet nya tekniker för att öka tåligheten mot cyberattacker gentemot samhällets mest säkerhetskritiska system. I Serendipity utvecklas ny teknik och en plattform för säkerhetskritiska uppkopplade cyberfysiska system, som utnyttjar befintliga tekniker för pålitliga system och utökar dem med skalbara säkerhetslösningar för öppna och heterogena system.

Femårig satsning
–Vi har fått ett femårigt anslag från Stiftelsen för strategisk forskning för att utveckla säkra och pålitliga plattformar för autonomi. Serendipity initierades i mars 2018 och vi har vid det här laget nått fram till flera intressanta slutsatser och vetenskapliga publiceringar. Vi samverkar även med ett flertal industriella partners, däribland Volvo Construction Equipment (CE) och Saab Avionics, säger professor och forskningsledare Mikael Sjödin.
Det första projektet inom Serendipity, ”Ontology for safety and security and requirements management”, leds av Luciana Provenzano.
– Forskningen fokuserar på ontologier, en beskrivning av hur fysiska objekt förhåller sig till varandra. Vi har tagit fram en ”Security ontology”, en guide och ett verktyg som ska underlätta arbetet med att identifiera vilken typ av cybersäkerhetsrisker som förekommer i olika system. Ontologin erbjuder en slags karta som anger hur man kan tänka när man exempelvis gör riskanalyser. Genom att använda den guide och de metoder vi utvecklat kan man identifiera cybersäkerhetsrisker som kanske inte upptäcks med traditionella metoder, säger Kaj Hänninen.

Klicka här för att läsa mer om Serendipity

Ny vinkel på riskanalys
Ontologin erbjuder ett kraftfullt akademiskt och industriellt verktyg. En utmaning är att ontologier är associerade med enorma mängder data.
– Tanken är att industrin så småningom ska få tillgång till det verktyg vi nu utvecklar i nära samarbete med bland annat Arcticus Systems och Volvo CE. Ontologin har en hög abstraktionsnivå och kan användas i flera olika faser i utvecklingsprocessen och många olika typer av system. Ontologins styrka är att den kan bidra till att identifiera många olika typer av risker. Den erbjuder ett strukturerat sätt att analysera risker. Teknologin är beprövad i forskningssammanhang. Nästa steg är att testköra tekniken och vårt verktyg i industrin, säger Kaj Hänninen.

Motståndskraftiga system
Det andra projektet inom ramen för Serendipity, Automatic vulnerability detection, leds av Marjan Sirjani, professor i datavetenskap vid Mälardalens universitet.
– Vi bygger upp en modell av ett system där vi snabbt kan identifiera vad som kan gå fel när en cyberbrottsling försöker manipulera en sensor eller ändra funktioner och komponenter i ett system. Vi upprättar även en modell över hur systemet bör agera genom att modellera önskvärda beteenden, och simulerar därefter cyberattacker för att kunna analysera vilka effekter de kan ha på systemet, säger hon.
I projektet arbetar Marjan Sirjani och hennes kollegor även med adaptering för att kunna bygga motståndskraftiga industriella system i samverkan med Volvo CE och ABB Robotics.

Funktions- och cybersäkerhet
Det tredje projektet inom ramen för Serendipity handlar om säkerhet i trådlösa nätverk.
– För att cyberfysiska system ska kunna samarbeta krävs kommunikation över systemgränserna. Att flytta data mellan olika system innebär säkerhetsrisker, exempelvis att någon tjuvlyssnar, stör ut signalen eller lyckas fejka information så systemet tror att det är en pålitlig enhet som informerar om något, säger Elisabeth Uhlemann, professor vid Mälardalens universitet.
I projektet länkas funktionssäkerhet och cybersäkerhet samman. Systemen tränas till att först lyssna in situationen så att de ska kunna förutsäga om och när kanalen är fri från störningar. Först därefter överförs informationen.
– Vi kan lära systemen att skilja på om störningarna orsakas av naturliga eller onaturliga faktorer. Då kan de direkt larma om störningarna beräknas ha orsakats av onaturliga orsaker, som kan indikera pågående cyberbrottslighet. Om någon försöker tjuvlyssna på kommunikationen kan man få systemen att samverka på ett annat sätt, säger Elisabeth Uhlemann.
”Friendly jamming” kan bland annat användas, vilket innebär att en enhet skickar ut en känd störsignal medan två andra enheter kommunicerar med varandra. Eftersom man i förväg har kommit överens om vilken störsignal som ska användas, kan störningen ganska enkelt tas bort ifrån den mottagna signalen. För en oinvigd tjuvlyssnare blir det däremot svårt att förstå någonting alls.

MDU – Serendipity

Serendipity finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning och innehåller tre delprojekt med fokus på kravhantering, modellering och upprätthållande av säkerhet även när system är under attack. Syftet är att förbättra skyddet mot cyberattacker i säkerhetskritiska system.

Mälardalens universitet
Box 883, 721 23 Västerås
Tel: 021-10 13 00
www.mdu.se

Bryter ny vetenskaplig mark för framtidens smarta samhälle

Carlo Fischione, professor i wireless internet of things på KTH. Foto: Johan Marklund
Carlo Fischione, professor i wireless internet of things på KTH. Foto: Johan Marklund

SAICOM är ett forskningsprojekt med sikte på att bryta ny vetenskaplig mark inom ämnet mjukvara, trådlösa nätverk och artificiell intelligens. Med ett multiprofessionellt team i ryggen siktar KTH-professorn Carlo Fischione på att utveckla både nya AI-metoder och algoritmer för användning i trådlösa nätverk.

– Vi hoppas kunna bidra till helt ny mjukvara, metoder, algoritmer och teori för kommunikation och AI (artificiell intelligens), bortom de fundament vi har idag. Om allt går enligt plan kommer vårt arbete att bidra till skapandet av nya trådlösa AI-tjänster inom en rad olika områden som exempelvis transport, smarta nät, smarta byggnader och smarta städer, säger Carlo Fischione, professor i wireless internet of things på KTH.
SAICOM, (Software Artificial Intelligence for Communications) är ett SSF-finansierat forskningsprojekt som består av två huvudsakliga forskningsspår: trådlös kommunikation å ena sidan, och artificiell intelligens och machine learning å andra sidan.
– Artificiell intelligens har funnits sedan 1950-talet men det är först under de senaste tio åren som tekniken slagit igenom på bred front och blivit applicerbar i trådlösa nätverk. Problemet är att, när det gäller trådlösa nätverk, vi fortfarande använder dåtidens AI-metoder. Det är metoder som inte tar hänsyn till egenskaperna i dagens trådlösa nätverk vilket kommer att leda till alltmer ineffektiva implementeringar med medelmåttig prestanda, säger Carlo Fischione.

Högre krav
Han påpekar att dagens trådlösa nätverk är utmärkta för det de är designade för, connectivity.
– Nu vrids nätverkens uppgift alltmer åt att stödja det smarta samhället, vilket ställer betydligt fler krav på tekniken. För att klara den utmaningen måste vi se över inte bara connectivity-tjänster utan även helt nya AI-tjänster. För att digitaliseringen ska tjäna samhället på bästa sätt krävs ny mjukvara, algoritmer och metoder.
En grundbult för att lyckas och som genomsyrar hela projektet är att tänka nytt.
– Vi lappar och lagar inte gamla saker, vi tänker nytt. Det är en absolut förutsättning när det kommer till att bygga trådlösa system för både dagens och morgondagens smarta samhälle.

Spännande utmaning
Christian Berger, professor i datavetenskap vid Göteborgs universitet, konstaterar att mycket av det smarta, oavsett det handlar om smarta fordon, smart-tv eller smarta samhällen, möjliggörs med hjälp av mjukvara.
– Vi har sett en stor tillväxt inom detta område; många företag samlar in stora oceaner av data och kommer snart att mer eller mindre drunkna i detta hav av växande, ostrukturerad data. Om vi fundamentalt kan angripa ämnet från en annan vinkel och kanske ha olika distribuerade metoder för att bättre underhålla artificiell intelligens och data som distribueras ut på de olika enheterna, är mycket vunnet. Det är en svår och väldigt spännande utmaning som, om vi lyckas ro den i hamn, kommer att betyda enormt mycket på en rad olika områden.

Christian Berger, professor i datavetenskap vid Göteborgs universitet och Giuseppe Durisi, professor i kommunikationssystem och informationsteori vid Chalmers. Foto: Lisa Jabar / AnnalisaFoto
Christian Berger, professor i datavetenskap vid Göteborgs universitet och Giuseppe Durisi, professor i kommunikationssystem och informationsteori vid Chalmers. Foto: Lisa Jabar / AnnalisaFoto

Flera fördelar
Giuseppe Durisi, professor i kommunikationssystem och informationsteori vid Chalmers, påpekar att grundproblemet handlar om att dagens trådlösa nätverk ska erbjuda tjänster långt utanför det klassiska connectivity-spektrumet. Nu används näten till att stödja mängder av IoT-enheter med begränsad förmåga att spara batterier.
– Näten konsumerar mängder med energi. Om vi kan utveckla metoder där vi kan använda datadrivna algoritmer som lär av omgivningen och enheterna i nätverket, kommer det att drastiskt förbättra prestandan och tillhandahålla möjligheten att addera nya applikationer i näten som i dagsläget är mycket utmanande att klara av.

I startgroparna
Projektet är ännu i sin linda. Grunden är lagd och det multiprofessionella teamet är redo att ta sig an det smarta samhällets kanske allra största utmaning, de trådlösa nätverken.
– Detta projekt kan bidra till helt ny mjukvara, metoder, algoritmer och teori för kommunikation, artificiell intelligens, som ligger bortom de fundament vi har idag. Ett projekt där vi i kraft av expertis från olika tekniska discipliner och i samarbete med industrin tar sikte på att bryta ny vetenskaplig mark, avslutar Carlo Fischione.

KTH – AI för wireless IoT

SAICOM (Software Artificial Intelligence for Communications) är ett samverkansprojekt som går ut på att utveckla artificiell intelligens och radionätverk i symbios. Något som kan bidra till skapandet av nya trådlösa AI-tjänster inom exempelvis transport, smarta nät, smarta byggnader och smarta städer. Projektet stöds med 35 miljoner kronor av Stiftelsen för strategisk forskning.

www.kth.se

Laddar för Europas batteriindustri

Det här är gänget på Uppsala universitet som får Battery 2030+ att rulla för hela Europa. Från vänster Kajsa Saykali, kommunikatör, professor Kristina Edström, projektledare Eva Regårdh och administrativ koordinator Camilla Dann. Esa Stenberg, senior rådgivare EU-forskning, saknas på bilden. Foto: Mikael Wallerstedt
Det här är gänget på Uppsala universitet som får Battery 2030+ att rulla för hela Europa. Från vänster Kajsa Saykali, kommunikatör, professor Kristina Edström, projektledare Eva Regårdh och administrativ koordinator Camilla Dann. Esa Stenberg, senior rådgivare EU-forskning, saknas på bilden. Foto: Mikael Wallerstedt

För de flesta av oss är batterier en mogen produkt. Men så är det inte. Forskarna i det EU-finansierade forskningsinitiativet Battery 2030+ tror att batterier som är fem-tio gånger mer effektiva än dagens är inom räckhåll. Det skulle kunna boosta den snabbväxande batteriindustrin i Europa.

Vi använder mer och mer batterier, i konsumentprodukter, i fordon och i industrin. Batterier har många fördelar, men det finns också problem med kritiska metaller, med för låg grad av återvinning och importberoende. EU satsar därför nu stort på forskning och utveckling för batterier. Ett av de större initiativen, och framförallt det med lång horisont, är Battery 2030+ som leds från Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet av professor Kristina Edström. Hon har ägnat hela sin forskargärning åt just batterier.
– Många lågt hängande frukter vad gäller batterier är redan plockade, men det finns ändå mycket kvar att göra, säger Kristina Edström. För att väsentligt förbättra prestanda på batterier måste vi lära oss mer om de komplexa elektrokemiska reaktioner som sker inne i batteriet under drift. Forskningen kretsar mycket kring nya kombinationer av material, med olika egenskaper för olika tillämpningar. Vi kemister älskar ju att labba, men nu har vi stigit in i datorvärlden. Precis som läkemedelsindustrin testar vi tänkbara substanser i tusental digitalt, där endast de lovande kandidaterna går vidare till riktiga labbförsök. Det sparar många timmar i labbet och accelererar forskningen.

Varför åldras batteriet – egentligen?
Principen för ett batteri är enkel, men i likhet med många naturvetenskapliga processer ökar komplexiteten snabbt när olika parametrar spelar mot varandra. Det finns utmärkta modeller som beskriver elektrokemiska data, men färre på battericells- och systemnivå. För att försäkra sig om att modellerna stämmer ökar datamängderna snabbt när man kommer upp på systemnivå, som i ett batteripack. Här kommer maskininlärning och AI in i bilden. Datadriven design med modeller som speglar den fysiska världen med den maskininlärda, är en tung del i Big-Maps forskning, det i särklass största av projekten. (Big står för Battery interface genome och Map för Materials acceleration platform). Big-Map kommer att ge värdefull kunskap i realtid om skeendet inne i batteriet under upp- och urladdning, och bidra till detaljerad förståelse av batteriets gradvisa åldrande. Till skillnad från biologiskt liv finns ingen självläkande förmåga i batterier.
– Men vi tänkte att man borde kunna ändra på det, säger Kristina Edström. Delvis inspirerade av senare års målsökande läkemedel tittar vi på att införa självläkande mekanismer i batteriet. Det kan vara små mikrokapslar som vid en viss temperatur spricker och skickar ut ämnen som minskar åldrandet. Det kan vara specialdesignade kiselnanopartiklar inbäddade i polymera material, som motverkar sönderfallet inuti batteriet, eller en elektrisk impuls som ”skjuter” sönder det plack som bildas inne i batteriet och bidrar till åldrandet. Det är våra projekt Bat4ever och Hidden som fokuserar på detta.

Dags för sensorer i batteripacken
En förutsättning för att förstå processerna inne i batteriet är naturligtvis också att kunna mäta spänning, ledningsförmåga, temperatur och andra parametrar. Men de flesta batterier saknar sensorer som känner av batteriets tillstånd. Anledningen är att sensorerna helt enkelt varit för dyra, klumpiga eller påverkat batteriets prestanda. För att bli kommersiellt gångbara måste sensorerna bli både mycket mindre och billigare. Den utmaningen har de tre projekten Sensibat, Instabat och Spartacus, ofta i samarbete med fordonsindustrin, tagit sig an på olika sätt.
– Sammantaget har vi en del att jobba på. Jag är övertygad om att den europeiska fordons- och batteriindustrin kommer att ha stor nytta av våra forskningsresultat som nu börjar ramla in, avslutar Kristina Edström.

Klicka här för att läsa mer om Battery 2030+

Uppsala universitet – BATTERY 2030

BATTERY 2030+ består av 6 forskningsprojekt som involverar 102 parter från 20 länder i Europa. Bilden visar projektnamnen och lärosäte/ institut. Forskningsprojekten koordineras och styrs från Uppsala universitet.

Några exempel på morgondagens batterier:

Natrium-jonbatterier: Natrium, en del i vanligt koksalt, finns det gott om. Natriumbatterier beräknas nå sitt kommersiella genombrott omkring 2025 och kommer att vara utmärkt för många mindre energikrävande tillämpningar, till exempel för att lagra vind- och solenergi.

Redoxbatterier: Med organiska material kan Redoxbatterier göras uthålliga och till låg kostnad. De är intressanta för en mängd olika applikationer där hög energitäthet inte är en förutsättning. Det kan till exempel vara stationära batterier för husuppvärmning – men inget för fordon, där kraven på energitäthet är höga.

Fast-fasbatterier: Ju högre energitäthet ett batteri har, desto mer reaktivt är det som regel, det vill säga det riskerar att brinna… En lösning på detta problem är ha en fast elektrolyt, ofta någon polymer.

Aluminium-jonbatterier: Ett alternativ till litium. Energitätheten är hög, brandrisken låg, de kan göras till en låg kostnad och laddas fler gånger än litium-jonbatterier, men man har inte löst alla problem kring elektrokemisk stabilitet.

Litium-jonbatterier: Litium-jonbatterier med kiselbaserade anoder spås också en framtid eftersom de har förutsättningar att göras billiga och säkra, med lätt vikt och snabb uppladdning. Men, vid uppladdning expanderar kislet kraftigt och de problem det ger upphov till är inte helt lösta.


uu.se/battery-2030

Forskning i framkant banar väg för framtiden

Azra Habibovic ansvarar för Scanias färdplan inom forskningsområdet ”human factors”. Foto: Lisa Jabar  / AnnalisaFoto
Azra Habibovic ansvarar för Scanias färdplan inom forskningsområdet ”human factors”. Foto: Lisa Jabar / AnnalisaFoto

Scania har satt som mål att vara ledande i övergången till hållbara transporter. Detta kräver att de fordon som tillverkaren säljer i allt högre utsträckning automatiseras och elektrifieras samtidigt som andra drivs med förnyelsebara drivmedel. Dessutom behövs innovation inom digitalisering och mobilitetstjänster.

Detta driver Scanias forskning och utveckling – på kort och lång sikt. Men hur ska framtidens fordon och tjänster utformas för bästa möjliga prestanda, inte bara ur teknisk synvinkel utan även mänsklig? De svar som Scanias framkantsforskning idag ger blir avgörande för vad som ska utvecklas och säljas om tio år och framåt.
Azra Habibovic är en av många forskare inom Scanias forskning och utveckling. Hon ansvarar för företagets färdplan inom forskningsområdet ”human factors”. Det handlar om att utforska hur framtida fordon och mobilitetslösningar ska utformas för den bästa användarupplevelsen – människans behov och samspel med tekniken och vilka krav detta ställer på tekniken.
– Jag vill betona att vi måste sätta tekniken i bakgrunden och fokusera på människan, säger hon. Detta minskar inte betydelsen av tekniken men vi behöver en djup förståelse av människor, deras förmågor, egenskaper och begränsningar för att komma fram till vilka lösningar som företaget ska erbjuda i framtiden.

Lösningar för ny generation
Hon och hennes kollegor försöker bedöma vilka lösningar som krävs för en generation som är uppväxt i den digitala tidsåldern.
– I framtiden kan det mycket väl vara så att våra kunder bryr sig mer om vilken digital upplevelse de får under resan.
Azra Habibovic menar att deras förväntningar alltmer kommer att drivas utifrån upplevelsen inom andra områden, där den digitala utvecklingen sker i en enorm takt.
– Givet den långa livscykeln hos våra produkter kräver detta en hel del tanke från vår sida och förståelse av användarens kognitiva, fysiska, beteendemässiga, fysiologiska och sociala aspekter. För att täcka upp alla dessa aspekter behöver vi som företag ett brett samarbete med andra utanför våra inarbetade ramar.

Grund för kommande lösningar
Dessa slutsatser används sedan som grund för planering och utveckling av nya lösningar.
– Vi är alla väldigt medvetna om att det är ständig förändring som gäller. Vi går mot mer tjänster och det handlar inte bara om hårdvaran. Vi behöver tänka bredare kring den framtida kunden och förstå det komplexa systemet som kunden befinner sig i.
Azra Habibovic deltar i flera utvecklingsprojekt som bland annat omfattar hur självkörande fordon kan kommunicera med andra trafikanter, men också hur mänskliga förare kan få bra stöd och en bra upplevelse under körningen.
– Vi vet inte hur framtiden kommer att bli men vi måste tänka holistiskt och alltid ha det mänskliga perspektivet. Det handlar om en människodriven utveckling.
Fernanda Marzano leder Scanias forskning kring framtidens energilagring och laddningsinfrastruktur. År 2030 ska hälften av Scanias försäljning utgöras av elektrifierade fordon, och under de kommande åren utvidgas elfordonen till att omfatta fler och fler lastbilstransporter. Utvecklingen går snabbt och det gäller att ha ett långt och brett perspektiv. Hur kommer transportsystemet att se ut 2030, 2035 och 2040?
– För att lyckas med elektrifiering är det viktigt att se till helheten, säger hon. Om vi till exempel har bättre energilagring i fordonen behöver vi mindre laddningskapacitet och tvärtom. Det är viktigt att ha ett brett och anpassningsbart erbjudande eftersom olika kunder har olika behov och förutsättningar. Det viktiga för oss är att utveckla kunskap och lösningar oavsett vilken riktning framtiden tar.

Dynamisk batteriutveckling
Fernanda Marzano konstaterar att batteriutvecklingen är i en mycket dynamisk fas och samarbeten därför är viktigare än någonsin.
– Vi forskar tillsammans med universitet, leverantörer, kunder och till och med konkurrenter. Och då handlar det inte bara om den bästa tekniken utan om hur den passar in i ekosystem och kretslopp.
Mot bakgrund av Fernanda Marzanos internationella erfarenheter som forskare inom olika branscher är detta ett mångsidigt område som passar henne väl.
– Jag har arbetat inom akademi och industri utanför fordonsbranschen vilket ger mig ett annat perspektiv, vilket jag använder i min roll. Alla olika delar kommer samman i mitt arbete. Det är detta som gör jobbet så spännande. Jag älskar utmaningar och det finns det gott om inom elektrifiering. Jag älskar även att bygga samarbeten med kunder, experter och andra med liknande uppgifter i andra företag.

Fernanda Marzano leder Scanias forskning kring framtidens energilagring och laddningsinfrastruktur.
Fernanda Marzano leder Scanias forskning kring framtidens energilagring och laddningsinfrastruktur.
Scania

Scania är en världsledande leverantör av transportlösningar. Tillsammans med våra partners och kunder driver vi omställningen till ett hållbart transportsystem. Scania är idag verksamt i fler än 100 länder och har cirka 54000 medarbetare. Forskning och utveckling är huvudsakligen koncentrerad till Sverige.

www.scania.se

Utbildar framtidens gröna ledare

Haiman Hu, doktorand, Carl Andersson, doktorand, Roland Larsson, professor och vetenskaplig ledare för Creaternity, Shafaq Zia, doktorand och Marina Corvo Alguacil, doktorand. Foto: Daniel Holmgren
Haiman Hu, doktorand, Carl Andersson, doktorand, Roland Larsson, professor och vetenskaplig ledare för Creaternity, Shafaq Zia, doktorand och Marina Corvo Alguacil, doktorand. Foto: Daniel Holmgren

Inom Luleå tekniska universitets framtidssatsning Creaternity, som utnyttjar digitaliseringens möjligheter för ett cirkulärt användande av material, har man även startat en forskarskola där doktorander från olika discipliner utvecklar innovativa lösningar för den nya cirkulära ekonomin.

Creaternity är en av ett par strategiska satsningar som LTU gör inom några framtidsområden. De tar ett helhetsgrepp om industrins och samhällets hållbarhetsutmaningar vilket ska leda till nya innovationer.
– I den nya cirkulära ekonomin kommer företag att behöva samarbeta på helt nya sätt, över olika disciplingränser, då nya affärsmodeller utvecklas. Exempelvis kommer man inte att sälja en produkt, som ett kullager, utan istället erbjuda funktionen rotation som kan paketeras som en hyrtjänst. I det tjänsteerbjudandet kommer leverantörer inom olika områden att behöva samverka för att tillsammans erbjuda tjänsten rotation, förklarar professor Roland Larsson, vetenskaplig ledare för Creaternity.
Forskningen inom Creaternity utnyttjar digitaliseringen för att uppnå ett cirkulärt användande av material och en effektiv energianvändning för ett koldioxid- och resursneutralt samhälle.
– Då det blir komplexa tjänster som erbjuds kommer det att vara svårt att veta vem som äger produkten och har ansvaret för materialet under hela livscykeln. Vi studerar tekniken som behövs för att följa ett material genom det cirkulära flödet, och hur människan påverkas, förklarar han vidare.

Klicka här för att läsa mer om Creaternity

En unik forskarskola
Målsättningen med forskarskolan inom Creaternity är att koppla ihop digitalisering med hållbarhet och utbilda framtidens ledare för den gröna omställningen. Den första kullen forskarstudenter består av 14 doktorander från olika discipliner, och forskningsprojekten täcker många områden från rymdteknik till avloppsteknik.
– Att blanda forskarstudenter från vitt skilda discipliner för att öka kreativiteten i var och ens forskning genom samspelet med andra discipliner har jag inte sett någon annanstans i världen. Att komma bort från att bara forska inom respektive område är fantastiskt bra för framtiden. Genom att lära av varandra kommer vi tillsammans mycket längre, konstaterar Bernd Weiss som är doktorand inom produktinnovation och rymdtekniska system.

Bernd Weiss, doktorand inom produktinnovation och rymdtekniska system. Foto: Hans-Olof Utsi
Bernd Weiss, doktorand inom produktinnovation och rymdtekniska system. Foto: Hans-Olof Utsi

Ska återanvända rymdskrot
Hans forskning fokuserar på hur man kan ta vara på allt det ”skrot” från gamla rymdfarkoster som cirkulerar i rymden.
– Projektet har flera delar. Först måste vi hitta sätt att samla in rymdskrot, sedan bestämma om det vi samlar in kan tas tillbaka till jorden på ett säkert sätt och återanvändas här. Ett annat alternativ är om vi kan skapa återvinningsstationer i rymden där rymdskrotet sorteras och sedan smälts ner till nytt material som vi kan tillverka exempelvis reservdelar till rymdstationer med, förklarar han.
De behöver också utveckla affärsmodeller för en sådan verksamhet, vilket är en av Bernd Weiss uppgifter.
– För att hitta både bra affärsmodeller och rätt teknik för att samla in föråldrade satelliter och rymdskrot för återanvändning eller återvinning är forskarskolans upplägg en stor hjälp. Genom att få möjlighet att förstå hur cirkulära lösningar utvecklas inom andra branscher kan vi utveckla och integrera cirkulära arbetssätt och lösningar inom rymdindustrin.

Oförstörande provning
Shafaq Zia är en annan doktorand på forskarskolan, inom signalbehandling, och hennes forskning handlar om att utveckla oförstörande provning med ultraljud som kan testa produkter under och efter additiv tillverkning för att hitta defekter.
– Genom att kunna testa med en oförstörande teknik så ökar vi materialeffektiviteten då inga produkter behöver plockas sönder för testning, det vill säga alla produkter som är hela används. Additiv tillverkning tillåter också användning av återvunnet material från produkter med defekter.
De kan även genomföra ultraljudsmätningar under själva tillverkningen för att undvika defekter under processen. I framtiden kommer de kanske även att kunna använda ultraljudstekniken till att göra mätningar på produkter under användning, en typ av tillståndsövervakning.
– Det är fantastiskt att få forska inom den här forskarskolan. För det är med de smarta och avancerade tekniska lösningarna inom olika områden, som vi inspirerar varandra till, som samhället blir bättre förberett för den gröna omställningen som är helt avgörande för allas vår framtid, avslutar hon.

Klicka här för att läsa mer om Creaternity

LTU – Creaternity

Inom Luleå tekniska universitets satsning Creaternity, med 100-talet forskare i 25 olika forskningsämnen, startades 2021 en ny forskarskola. Där får doktorander chansen att tillsammans med världsledande forskare utveckla innovativa lösningar för den nya cirkulära ekonomin med bland annat artificiell intelligens, telekommunikation och sensorteknik. I utbildningen ingår även ledarskapskurser som UGL, då de kommer att fungera som framtidens ledare i den gröna omställningen.

ltu.se/creaternity

De utvecklar morgondagens smarta undervattensrobotar

John Folkesson, universitetslektor på KTH, Ivan Stenius, universitetslektor på KTH och Hans Wicklander, strategichef på Saab Kockums och styrelseordförande för SMaRC. Foto: Johan Marklund
John Folkesson, universitetslektor på KTH, Ivan Stenius, universitetslektor på KTH och Hans Wicklander, strategichef på Saab Kockums och styrelseordförande för SMaRC. Foto: Johan Marklund

– Framtidens marina robotar kommer att betyda lika mycket för utforskningen av havsdjupen som satelliterna betytt för rymdforskningen. Vårt mål är att utveckla smartare, billigare, uthålligare och mer självständiga undervattensrobotar, säger Ivan Stenius, universitetslektor på KTH, som leder SMaRC.

SMaRC, Swedish Maritime Robotics Centre är en unik forskningsmiljö med uppdrag att utveckla framtidens smarta undervattensrobotar. Siktet är inställt på att farkosterna ska kunna arbeta i okända miljöer under längre tid och med mindre mänsklig assistans än vad dagens robotar har behov av.
– Vi vill åstadkomma den systemförändrande effekt som autonoma system i marina miljöer kan åstadkomma i form av kartläggning av områden som vi aldrig tidigare har kommit åt, säger Ivan Stenius.
Han berättar att dagens undervattensrobotar visserligen är ganska avancerade, fast i robotiktermer är de dock fortfarande relativt enkla.
– De kan klara ett specifikt uppdrag men har begränsad egen intelligens. För att kunna hantera och bearbeta data i realtid krävs olika former av ny teknik och det är här som vår forskning kan bidra till nästa generations farkoster, säger Ivan Stenius.

Vattnet utmanar
Undervattensmiljön ställer speciella krav på teknikutvecklingen.
– Här finns ingen GPS-uppkoppling, du kan inte kommunicera med 5G eller 4G och du kan inte heller ladda roboten på något vettigt sätt under vatten. Dagens robotar har ungefär upp till ett dygns räckvidd. De här utmaningarna är, även jämförda med motsvarande frågeställningar i rymden, extremt svåra att få till. Men undervattensmiljön är en del av själva utmaningen och det vi tycker är extra kul med den här forskningen, säger Ivan Stenius.
Den kanske allra största utmaningen för roboten är att den inte ska gå vilse. Platsigenkänning under vattnet är mycket annorlunda än i konstgjorda miljöer på land. För att roboten ska kunna navigera krävs beslutsstöd som bygger på sonardata.
– Vi har jättefina sonarbilder från robotarna som testats under isen i Antarktis och som vi nu försöker adressera på ett helt nytt sätt i arbetet med att utveckla program för undervattensrobotar, berättar John Folkesson, universitetslektor vid KTH.

Halvtid
Projektet har nyligen avlämnat en halvtidsrapport och utvärdering. En milstolpe i projektet var just expeditionen till Antarktis som gjordes i samarbete med forskare från Göteborg.
– Det unika var att man kunde samla in data som aldrig tidigare har kunnat samlas in, från en plats där människan aldrig tidigare har varit. Det gjordes möjligt av undervattensrobotar som kan ta sig in under polarisen och mäta temperatur och ström, berättar Hans Wicklander, strategichef vid Saab Kockums och styrelseordförande för SMaRC.
Som styrelseordförande är han mycket nöjd med utfallet så här långt.
– SMaRC genererar ny forskning, ny kunskap och även kunniga människor. Våra duktiga doktorander är en viktig del, och till det kommer en stor andel examens- och projektarbetare vilket tydligt visar att vi bygger kunskap, inte bara för oss själva utan för många olika avnämare inom det här viktiga området.

Flera parter
I projektet finns tre industriella parter: Saabkoncernen, Ocean Infinity och FMV.
– I SMaRC kombineras många olika nyttor med teknik. Vi kopplar ihop teknikvetenskap med naturvetenskap och vi kopplar också ihop akademin och industri. Här finns ett antal delprojekt med specialområden där forskarna får pröva sin teknik på farkosterna som integrerar de olika delarna, säger Hans Wicklander.
Ett viktigt område är odling av marina växter, där robotarna till exempel kan utföra dagliga inspektioner och underhåll av produktionsanläggningar. Ett annat område är mätning av fysiska, biologiska och kemiska parametrar för att bedöma havets tillstånd och för att upptäcka både konstgjorda och naturliga variationer.
– Robotarna kan användas som stöd i blå odling men de kan även användas för marin övervakning beroende på vilka kameror och sensorer de utrustas med. Teknikbehovet ser ganska lika ut oavsett vilket nyttoområde det handlar om, fastslår Ivan Stenius.
Projektet pågår fram till 2025 och söker nu ny finansiering för att kunna fortsätta på den inslagna vägen.

KTH – SMaRC undervattensrobot

Swedish Maritime Robotics Centre, SMaRC, är ett nationellt centrum med fokus på robotik under vatten, som finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning. I projektet ingår forskare från KTH, Stockholms universitet, Göteborgs universitet och FOI. Industriella partners är SAAB, Ocean Infinity och FMV.

smarc.se

Stor forskning för små material

Agnes Åhl, doktorand som arbetar med ett SSF-finansierat projekt vid Stockholms universitet. Foto: Johan Marklund
Agnes Åhl, doktorand som arbetar med ett SSF-finansierat projekt vid Stockholms universitet. Foto: Johan Marklund

– Vi vill framställa superisolerande biobaserade material. Förhoppningen är att vår forskning ska bidra till den gröna omställningen och steget mot en mer cirkulär ekonomi, säger Agnes Åhl, doktorand som arbetar med ett SSF-finansierat projekt vid Stockholms universitet.

I takt med den pågående övergången till förnyelsebara material finns ett ökande behov av alternativ till dagens fossilbaserade isoleringsmaterial. Nanocellulosa kan användas för att framställa skum och aerogeler som kan vara superisolerande också vid hög luftfuktighet, eftersom svällningen i fuktig miljö leder till en betydande fononspridning. Och det är här som Agnes Åhl och hennes forskning kommer in i bilden.
– Mitt projekt handlar om att studera nanocellulosas egenskaper vid olika luftfuktigheter, främst för att ersätta olika typer av isoleringsmaterial. Målet är att framställa superisolerande biobaserade isoleringsmaterial.

Bra alternativ
Vägen dit kantas av flera spännande utmaningar.
– Eftersom nanocellulosa är hygroskopiskt suger det åt sig vatten vilket påverkar egenskaperna. Om vi lyckas förstå vad som händer och hur värmeledningsförmågan påverkas är vi ett steg närmare biobaserade superisolerande material, förklarar Agnes Åhl.
Nanocellulosa kan på så vis bli ett bra alternativ för att dra ner på energikonsumtionen i stort.
– Idag används till största delen mineral- och fossilbaserade isoleringsmaterial, cirka 30 procent av världens energikonsumtion går just till byggnadsindustrin och dess isoleringsmaterial. Valet av isoleringsmaterial är en bidragande faktor för att kunna minska energianvändningen i hushållen och dämpa påverkan på miljön.
Projektet har gått in på andra året och nyligen, i hård konkurrens, lyckats få en stråltid på PSI i Schweiz.
– Stråltiden kommer vi att använda för att studera oelastisk neutronspridning för att titta på fonontransporten vid olika luftfuktigheter och relatera den till värmeledningsförmågan, säger Agnes Åhl.
Vad är roligast med det här projektet?
– Kopplingen till hållbarhet och all ny kunskap. Jag har en ganska stabil bakgrund inom cellulosa men neutroner och neutronspridningsmetoder var helt nytt för mig när jag började. Jag har också fått vara på två av de stora europeiska strålforskningsanläggningarna och det är jättekul att få se allting och vara en liten del av den stora forskningen för de här små materialen.

SU – Superisolerande material

Neutron scattering studies of assembly, swelling and phonon transport of nanocellulose-based materials är ett projekt som finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning och bedrivs inom ramen för Lennart Bergströms grupp vid Stockholms universitet. Gruppens forskningsverksamhet spänner över de akademiska disciplinerna materialvetenskap och tillämpad yt- och kolloidvetenskap med fokus på hållbara material.

www.su.se