Onel Luis Alcaraz López kuvattuna Oulun yliopiston pihalla puistoshakkilaudan takana

6G-verkossa sähkökin siirtyy langattomasti

11.11.2021
|
Uutinen

Vuoden väitöskirjapalkinnon voittaja linjasi, miten koneet kommunikoivat tehokkaimmin tulevaisuuden mobiiliverkossa. Langaton energiansiirto taas voi vapauttaa IoT-laitteet sähköjohdoista ja akuista.

Kuva: – Oulun tietoliikennetekniikan tutkimus on huippuluokkaa maailmassa, Onel Alcaraz López kertoo.

 

Tutkija Onel Alcaraz López ohjaa huoneeseensa Oulun yliopiston CWC (Centre for Wireless Communications) -tutkimusyksikössä. Ovenpieleen on vastikään ilmestynyt titteli Assistant Professor.

Nimitys on aikamoinen saavutus hieman yli 30-vuotiaalle vasta väitelleelle tutkijalle.

– Olihan se imartelevaa, kertoo López hymyillen.

 

 

Matti sanoi, että Oulu on maailman paras paikka tehdä tutkimusta.

López saapui ensi kertaa Ouluun maaliskuussa 2017. Akatemiaprofessori Matti Latva-aho oli kuullut Brasilian Paranan yliopiston professorikollegaltaan lahjakkaasta kuubalaisesta maisteriopiskelijasta, joka mietti jatko-opintoja.

– Matti sanoi, että Oulu on maailman paras paikka tehdä tutkimusta.

Neljän Oulu-vuoden jälkeen Lopez allekirjoittaa väitteen täysin. Oulun 6G Flagship on maailman suurin 6G-tutkimusohjelma. Siinä työskentelee noin 400 tutkijaa, jotka edustavat yli 50 kansallisuutta.

Latva-ahokin on tyytyväinen.

– Onel on varsinainen julkaisukone, Latva-aho kertoo.

Vain kolme vuotta myöhemmin Lópezin jatko-opinnot ovat paketissa ja julkaisuluettelossa on jo kolmisenkymmentä tieteellistä julkaisua. Julkaisut esittävät uusia ratkaisuja koneiden väliseen tiedonsiirtoon tulevaisuuden 6G-verkoissa.

Tekniikan akateemiset TEKin ja Tekniska Föreningen i Finland TFiFin vuoden väitöskirjana palkitsemassa työssä onkin akateemisia ansioita useamman väitöskirjan tarpeiksi. Tästä kertoo huhtikuussa 2020 hänen vastaväittäjänään toimineen saksalaisprofessorin lausunto, joka ei säästele superlatiiveja kuvatessaan työn tieteellisiä ansioita.

Verkko koneiden tarpeisiin

Väitöskirjan 12 tutkimuspaperin sisällön kiteyttäminen onkin haastava tehtävä.

López ottaa avuksi käytännön esimerkin, tulevaisuuden tehtaiden automaatiojärjestelmät. Niissä muotitermi IoT (Internet of Things) tulee olemaan arkitodellisuutta. Lopez keskittyikin työssään 6G-verkkojen ihmiskäyttäjien sijasta koneiden kommunikaatiotarpeisiin.

– Koneiden välinen kommunikaatio on kiinteä osa koko 6G-tekniikan suunnittelua.

Kun tehtaan sensorit ja toimilaitteet rakennetaan langattomalla tekniikalla, ei tiedonsiirtonopeus olekaan enää se kaikkein tärkein asia, kuten kaikissa tähänastisissa verkkosukupolvissa.

– Sensoreissa tärkeämpää on luotettavuus ja lyhyet viiveet. Tiedonsiirto ei saa epäonnistua, ja jos niin käy, yhteyden pitää toipua nopeasti, Lopez selvittää.

Lopezin tutkimuspaperit pureutuivat tällaisiin käyttötapauksiin. Kymmenen metrin säteellä saattaa olla jopa tuhansien anturien verkosto, jonka pitää viestiä keskenään tehokkaasti ja ilman viiveitä.

– Kehitin algoritmeja tiedonsiirtoresurssien tehokkaaseen jakamiseen tällaisissa ympäristöissä. Vaatimukset ovat aivan erilaiset kuin nykyisissä matkapuhelinverkoissamme.

Onel Alcaraz López kuvattuna 6 G Flagship - yksikön signaalin testilaboratoriossa
Suomeen kotiutuminen kävi kivuttomasti. Perheen tytär syntyi Suomessa.

Langaton energiansiirto tulee

Muutama väitöskirjan tutkimuspapereista tähtäsi vielä tätäkin pidemmälle.

Nikola Tesla visioi jo 1800-luvun lopulla teknologiaa langattomaan sähköenergian siirtoon. Nyt kännyköiden langaton lataaminen on jo todellisuutta, mutta López aikoo tuoda langattoman energiansiirron myös osaksi tulevaisuuden tiedonsiirtoteknologiaa.

Lópezin tutkimuspaperit esittelivät menetelmiä, joilla pienitehoiset laitteet pärjäävät langattomassa tiedonsiirtoverkossa ilman omaa virtalähdettä. Lähietäisyydellä sijaitseville laitteille välitetään antennirypäiden välityksellä sähköenergiaa, jota ne tarvitsevat langattomaan tiedonsiirtoon.

Tämä vapauttaisi muutaman metrin etäisyydellä sijaitsevat sensorit ja toimilaitteet kokonaan kaapeloinnin kahleista.

­– Kymmenen metrin toimintaetäisyys on meille hyvä tavoite, López kertoo.

Vielä Lópezin aloittaessa väitöstyötään teknologia vaikutti futuristiselta, mutta nyt langatonta energiansiirtoa tutkii moni muukin.

Jo tänä päivänä kodin mobiililaitteiden pitäminen ladattuina on melkoinen työmaa. Kun IoT-päätelaitteiden määrä ympärillämme kasvaa, ongelma vain pahenee.

– Kuvittele vaikka tehdasympäristöä täynnä langattomia antureita ja sensoreita. IoT-laitteiden akuista voi tulevaisuudessa tulla valtava jäteongelma.

Myös muutama startup-yritys kehittää vastaavaa teknologiaa, vaikka mitään standardeja ei vielä ole olemassa.

López väitöstyön tutkimuspaperit ovat teknologiakehityksen eturivissä.

– Tähän asti on mietitty muutaman laitteen langatonta latausta kerrallaan.

López lähti liikkeelle oletuksesta, että langattomia laitteita on verkossa satoja tai tuhansia. Väitöskirjan ehdottama strategia langattomaan energiansiirtoon on myös aikaisempia yksinkertaisempi.

– Mutta tämä väitöstyö oli vasta ensimmäinen askel, kiirehtii tutkija muistuttamaan vaatimattomaan tapaansa.

Tutkimusta tarvitaan vielä paljon, mutta López aikoo demonstroida sitä pian käytännössä. Jos isot yritykset innostuvat, on teknologialla hyvä mahdollisuus päätyä osaksi tulevaisuuden 6G-standardeja.

 

Onel Alcaraz López kuvattuna 6 G Flagship - yksikön signaalin testilaboratoriossa kannettava tietokone kädessään
Oulun 6G Flagship -ohjelmassa syntyneitä tulevaisuuden verkkoa hahmottelevia 6G White Papereita on ladattu satoja tuhansia kertoja. Onel López on yksi kirjoittajista.

Kolmas väitöskirjapalkinto tutkimusyksikköön

Lópezin väitöskirjaa ehdotti palkittavaksi hänen ohjaajansa.

– Meillä on lahjakkaita tutkijoita, mutta tämän kaliiperin tutkijalahjakkuuteen en ole aikaisemmin törmännyt, Matti Latva-aho toteaa.

Vaikka Lopezin väitöskirja ja sen julkaisut olivat poikkeuksellisen korkeatasoisia, joutui Latva-aho tekemään töitä, että professuuri järjestyi lupaavalle tutkijalle heti väitöskirjan valmistuttua.

– Tiesin, että hänen tutkimustaan kohtaan on kova kiinnostus ympäri Eurooppaa, Oli hieno juttu meille, että hän päätti jäädä perheineen Ouluun.

Myös väitöskirjapalkinnon valitsijat vakuuttuivat akateemisista ansioista nostaessaan Lopezin tämän vuoden palkinnon saajaksi 23 huippuväitöskirjan joukosta.

– Tämä oli jo kolmas TEKin väitöskirjapalkinto meidän tutkimusyksikköömme, Latva-aho kehaisee.

Historian ensimmäisen palkinnon vuonna 1999 pokkasi Latva-aho itse, vuonna 2008 hänen väitöskirjaopiskelijansa ja nyt López.

 

Juttua muokattu 3.12. klo 10.35: Muutettu langaton tehonsiirto langattomaksi energiansiirroksi (power transfer). 

Oululaisprofessori Kuubasta

Muutto maaliskuussa 2017 Brasiliasta maapallon toiselle laidalle Ouluun oli Onel Lópezille todellinen hyppy tuntemattomaan. Mielikuvat pimeydestä ja kylmyydestä saivat miettimään, että selvitäänkö tästä.

– Mutta tiesin, että haluan jatkaa tutkimusta ja että Oulu oli todella hyvä yliopisto langattoman tietoliikenteen alalla.

Vastoin ennakko-odotuksia huolet osoittautuivat turhiksi.

– Pidin jopa säästä ja siitä millaisia ihmiset täällä olivat.

Hetkittäin Kuubasta Brasilian kautta Suomeen kotiutunut tutkija kuulostaa vaatimattomalta suomalaisinsinööriltä, joka hieman vaivaantuu, kun puhe kääntyy hänen saavutuksiinsa. Vielä nyt haastattelu tehdään englannin kielellä, mutta suomen kielen opinnot ovat suunnitelmissa.

López kehuu vielä uutta kotikaupunkiaan, johon perhe on asettunut. Työpöytää koristaa kuva kaksivuotiaasta tyttärestä Ellistä.

– Tutkimus ei kuitenkaan ole ihan kaikki kaikessa. Perhe on arvokkain asia, López kertoo.

Kuulostaa kovin suomalaiselta.

Olin aina ollut kiinnostunut matematiikasta, fysiikasta ja kemiasta.

Onel Lópezin tie tohtoriksi

1989. Onel Alcaraz López syntyy Sancti-Spírituksen kaupungissa Kuubassa.

2005–2008. López palkitaan kolmesti Kuuban kansallisessa matematiikkakilpailuissa.

– Olin aina ollut kiinnostunut matematiikasta, fysiikasta ja kemiasta.

2013. Sähkötekniikan alan kandidaattitutkinto Las Villas -yliopistossa Kuubassa valmistuu, López aloittaa työt Kuuban puhelinyhtiö ETECSAssa.

2015. Lópezille avautuu mahdollisuus tietoliikennetekniikan maisteriopintoihin Brasilian Paranan yliopistossa.

2017. López muuttaa yhdessä vaimonsa kanssa Ouluun ja aloittaa jatko-opinnot.

2020. Lópezin väitöstyö Resource allocation for machine-type communication: from massive connectivity to ultra-reliable low-latency” hyväksytään Oulun yliopistossa arvosanalla ”kiittäen hyväksytty”.

2021. López ottaa vastaan apulaisprofessuurin Oulun yliopiston CWC (Centre for Wireless Communications) -tutkimusyksikössä, TEK palkitsee hänet vuoden parhaasta väitöskirjasta.

 

Mitä haluat saada aikaan tekniikan tohtorina?

”Haluan rakentaa oman tutkimusryhmän ja ottaa osaa tulevaisuuden 6G-verkon suunnitteluun. Tulevaisuudessa olisi hienoa saada IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Fellow -titteli.”

 

Suosikkileikkikalu?

Nuorempana pelasin Age of Empires -strategiapeliä, nyt suunnittelen 6G-algoritmeja.”

 

Lempiharrastus?

”Yhdessäolo perheen kanssa.”

 

Lue lisää: TEK, TFiF ja MAL palkitsivat 2021 parhaat opinnäytetyöt

 

Lue edellinen Tie tohtoriksi -juttu: Lisää ikää litiumakuille

 

Avainsanat: