Högintressant arbete och forskning pågår för närvarande inom definieringen och standardiseringen av olika nanostrukturer. För att möjliggöra effektiv forskning krävs pålitliga och standardiserade mätinstrument och mätmetoder. Vid RISE magnetiska sensorsystem-labb har vi under lång tid framgångsrikt utvecklat och standardiserat mätinstrument och mätmetodik för dynamisk magnetisk mätning och analys, vilket ingår i standardiserade mätsystem för MNP.

Christer Johansson, senior expert vid enheten för sensorsystem vid RISE, förklarar att i dynamiska magnetiska mätningar används ett alternerande (AC) magnetfält med specifik frekvens och amplitud för provet. Den resulterande dynamiska magnetiska responsen, även kallad AC-susceptometri (ACS), mäts beröringsfritt via spolar och känslig magnetisk mätteknik.

– DynoMag-systemet, som utvecklas och tillverkas vid RISE magnetiska sensorsystem-labb i Göteborg, har varit central i över 160 vetenskapliga artiklar, särskilt inom magnetisk analys av MNP-system. Målet har alltid varit att skapa ett känsligt och användarvänligt mätsystem med integrerad elektronik och mjukvara samt tillhörande magnetiska modeller för noggrann analys av mätdata, säger Christer.

Utvecklingen av DynoMag och andra liknande ACS-system har bedrivits både i interna och flertalet EU-projekt och nationellt finansierade projekt. Genom EU-projekten NanoMag och MagNaStand har DynoMag-systemet och mätmetodiken vidareutvecklats, resulterande i en godkänd ISO-standard för ACS-mätmetodik för MNP. 

– Genom att svepa frekvensen och mäta provresponsen kan DynoMag-systemet, med sina magnetiska modeller, identifiera magnetiska relaxationer och bestämma partikelstorleksfördelningen för MNP-system i kolloidal lösning, fortsätter Christer.

En annan tillämpning är att övervaka stabiliteten av MNP-system över tid vid yttre påverkan eller som en kvalitetssäkringsmetod vid tillverkningen av MNP-system för att bibehålla optimala egenskaper eller nyutveckla andra egenskaper. ACS-responsen i frekvensplanet varierar beroende på MNP-konfiguration och förekomst av aggregat av partiklar.

Genom ACS-mättekniken och optimala MNP-system kan även reologiska egenskaper bestämmas för olika substanser, från enkla Newtonska vätskor som vatten och glycerollösningar, till komplexa icke-Newtonska substanser som gelatin- och Xanthan-lösningar som används inom livsmedelsindustrin. RISE har tidigare tillsammans med Chalmers Tekniska Högskola, deltagit i ett lyckat projekt finansierat av Formas där ACS-mätmetodik och optimala MNP-system användes för att mäta viskolelastiska egenskaper inom livsmedelsforskningen.

DynoMag ACS-systemet möjliggör också känslig detektion av biologiska markörer genom att mäta och analysera responsen från funktionaliserade MNP-system. Ett framgångsrikt projekt i samarbete med Chalmers Tekniska Högskola, Karolinska Institutet, Uppsala universitet och Stockholms universitet, finansierat av SSF, resulterade i ett integrerat mätsystem för influensa.

– Sammanfattningsvis är DynoMag-systemet en nyckelkomponent för karakterisering av nanostrukturer, reologiska studier och biomedicinsk forskning, och dess användning sträcker sig över många discipliner och tillämpningsområden, avslutar Christer.

Samhällets behov av kunskap om mjuka värden så som hälsa, välbefinnande, beteenden och förmågor ökar. Det är viktigt att kunna jämföra förändringar över tid eller mellan olika områden, för att till exempel kunna fatta beslut om prioriteringar, insatser och effekter. RISE arbetar sedan flera år med att utveckla kvalitetssäkrade mätningar av latenta egenskaper, även kallade kategoribaserade mätningar. En latent egenskap eller variabel är den underliggande upplevelsen eller förmågan vi vill mäta, men som inte kan observeras direkt. Tänk dig att vi vill mäta en persons välbefinnande. Vi kan inte mäta välbefinnande direkt genom att kontrollera exempelvis blodtryck eller hjärtrytm. Däremot kan vi mäta det indirekt genom att ställa frågor om hur personen mår, till exempel genom en enkät.

– Genom att fråga får vi ett svar. Men vad innebär svaret? Hur stort är personens välbefinnande, och hur stort är det jämfört med andra individer eller grupper? Hur förändras välbefinnandet i en grupp över tid? För att får svar på det krävs att vi använder grundläggande mättekniska principer, säger Magnus Johansson, forskare på RISE.

Från undersökning till mätning 

En del i att gå från undersökning till mätning är att säkerställa kvaliteten i enkäten eller testet. Ger frågorna tillräcklig och meningsfull information om den latenta egenskap vi vill mäta? Det är också viktigt att undersöka om frågorna fungerar likvärdigt för olika demografiska grupper, så att jämförelser mellan mätvärden kan göras.

– Vi behöver också testa och analysera enkäten innan den används. Exempelvis bör respondenternas nivå av välbefinnande hänga samman med sannolikheten att respondenten använder en högre svarskategori. Samtidigt bör personer med samma nivå av välbefinnande ha liknande svarsmönster på de enskilda frågorna. Egentligen är det enkla principer, men man testar sällan enkäter för att säkerställa det, säger Magnus Johansson.

Omvandlar svaren till mätvärden

När enkätdata samlats in är det dags för analys. Här använder Magnus Johansson och hans kollegor ofta så kallad Rasch-analys, som gör det möjligt att omvandla svaren i undersökningen till mätvärden för den latenta egenskapen. Enkätens mätegenskaper behöver uppfylla vissa kriterier för att omvandlingen ska kunna göras på ett korrekt sätt.

– Rasch-analys är den enda metod som, om man använder den rätt och tillämpar grundläggande mättekniska principer, låter oss summera och omvandla svaren från enkäten till mätvärden genom en enkel omvandlingstabell. Då kan vi gå från att säga att vi frågat människor vad de tycker om sitt välbefinnande till att säga att människors välbefinnande ligger på en viss nivå.

Utvecklar kategoribaserade mätningar

Magnus Johansson arbetar tillsammans med kollegorna för att sprida kunskap och att tillgängliggöra metodiken. Ett exempel är ett verktyg som underlättar de statistiska beräkningarna. Med verktyget blir det relativt enkelt att genomföra analysen, dokumentera vad man gjort och att möjliggöra för andra att reproducera analysen. Verktyget är kostnadsfritt och den bakomliggande källkoden och beräkningsmodellerna är möjliga att granska för den som är nyfiken.

– Det krävs fortfarande mycket kunskap kring förarbete, tolkning av resultaten från Rasch-analysen, och vilka åtgärder som kan göras baserat på resultaten. Men många av beräkningarna sker i princip automatiskt. Genom att anropa enkla funktioner får jag ut färdiga figurer och tabeller som ger den centrala informationen, säger Magnus Johansson.

Verktyget är under utveckling men redan nu tillgängligt att använda. 

– Jag märker att det börjar ta fart. Flera har hört av sig och sagt att de lärt sig göra Rasch-analys med hjälp den guide som ger exempel på hur paketet kan användas. Efterfrågan ökar i takt med att fler får upp ögonen för att det vi till vardags kallar mätningar i dag faktiskt inte är kvalitetssäkrade mätningar. Jag hoppas att verktyget kan hjälpa till att minska tröskeln för att arbeta med kvalitetssäkrade mätningar, säger Magnus Johansson.

Är du på jakt efter riktigt nattmörker behöver du bege dig exempelvis till området runt Sarek. Annars finns det få riktigt mörka platser kvar i landet, natthimlen är mer eller mindre upplyst av ljus skapat av oss människor. Ljusföroreningar, belysning som lyser upp mer än vad som behövs, ställer till problem för astronomer som vill studera stjärnhimlen eller för insekter som gärna dras till ljus. Men de kan också leda till negativa effekter för oss människor. Forskningen visar att det kan finnas kopplingar till cancer, sömnproblem, depression och övervikt. Men det behövs mer kunskap.

– I de studier vi tittat på finns det väldigt lite information om hur mycket ljus eller vilken typ av ljus som kan vara skadligt. Det saknas också bra mätmetoder för att mäta mängden ljusföroreningar. Vilka mätenheter använder vi? Hur säkerställer vi att resultaten blir jämförbara med andra mätningar? Ofta använder man övergripande satellitbilder utan ordentliga mätvärden, säger Stefan Källberg, forskare på RISE och tekniskt ansvarig för riksmätplatsen för fotometri och radiometri.

Belysning ska ha ett syfte

I ett projekt som avslutas vid årsskiftet har han tillsammans med kollegorna gått igenom den aktuella forskningen inom området, utvecklat nya metoder för att mäta mängden ljusföroreningar med hjälp av drönare, och testat energieffektiv utomhusbelysning som kan fungera både för människor och djur och natur.

– Det handlar om att begränsa ljusföroreningar till rimliga nivåer och undvika att sprida ljus där den inte gör någon nytta. All belysning man sätter upp utomhus bör ha en tanke. Det kan vara att öka trafiksäkerheten, att göra en gång- och cykelväg tryggare eller något annat.
 

Drönarmätningar

Stefan Källberg och hans kollegor köpte in en vanlig konsumentdrönare, utrustade den med ljusmätare och utvecklade metoder för kvalitetssäkrade mätningar av det spridda ljuset. Drönarmätningarna användes sedan vid testerna av utomhusbelysning.

– Eftersom man vet blått ljus påverkar till exempel insekter och fladdermöss mest vore det bra att minska andelen blått ljus i utomhusbelysningen. Men om man minskar det blå ljuset ökar andelen rött ljus, vilket gör att omgivningen färgas röd för oss människor och det blir svårt eller omöjligt att urskilja färger. Målet är därför att hitta en medelväg, ett ljus som kan accepteras av människor samtidigt som det innehåller så lite blått ljus som möjligt. En kompromiss.

Människor fick tycka till

Man valde ut ett antal ljuskällor med olika andel blått ljus, från en orange nyans till mer traditionellt ljus.  Dessa riggades upp vid en sjö utanför Borås längs en liten gång- och cykelväg. Den ordinarie belysningen släcktes och sedan fick människor gå längs sträckan och svara på frågor om vad de tyckte om belysningen.

– Det är alltid svårt att tycka till om ljus. Men vi kan se att de yngre föredrog det traditionella vita ljuset och tyckte att den orange färgen gav ett otryggt intryck, medan äldre personer gillade mitt emellan-varianten. Alla var överens om att det inte hade fungerat med ännu rödare ljus, det upplevs som otryggt, säger Stefan Källberg.

Potential för utveckling

Även om drönarmätningarna fungerade bra finns det potential att utveckla dem i framtida projekt.

– Vi har sett att vår metod gör det möjligt att få bra mätvärden, se vilka ljuskällor som bidrar mest till ljuset i ett visst område och så vidare. Med en mer avancerad drönare skulle man kunna automatisera processen, få den att flyga i vissa mönster och på så sätt utveckla metoden och ta ytterligare steg mot en definierad och kvalitetssäkrad metod, säger Stefan Källberg.

Redan på 1970-talet började Italiens myndigheter att fundera på hur staden skulle kunna räddas undan vattenmassorna, och sedan 2020 har Venedig en unik lösning på plats: en 1 560 meter lång kedja av översvämningsbarriärer som går under namnet MO.S.E. 

Men havsvatten är en aggressiv miljö för många material. Efter det första fullskaliga testet av systemet visade det sig att viktiga element i barriärerna börjat korrodera. 

Nicolas Larché, enhetschef på Institut de la Corrosion, dotterbolag till RISE, anlitades för att inspektera korrosionen i översvämningsbarriärerna och ta fram en åtgärdsplan. Han har på nära håll bevittnat naturens förödande krafter och mänsklighetens kamp för att bemästra klimatförändringarna.

- Myndigheterna i Venedig kallade in oss för att förstå hur korrosionen hade uppstått, och vår första undersökning visade att det berodde på en incident som ägt rum i ett tidigt skede. Havsvatten hade ansamlats längs vissa spännare och stagnerat, vilket orsakat korrosion på flera ytor, förklarar han.

Omfattande kontroll gav positiva resultat

MO.S.E.-barriären består av 78 ihåliga dammportar, som är vattenfyllda när barriären är nedfälld. Vid översvämningshot pumpas komprimerad luft in i portarna från underliggande anläggningar, för att tömma dem på vatten. Det får dem att resa sig över ytan och skydda staden mot upp emot tre meters vattenhöjning. När barriärerna togs i drift hade det havsvatten som oavsiktligt trängt in i anläggningarna börjat nöta ner flera av de spännare (gångjärn) som håller portarna på plats. Denna insikt, i kombination med data som visade på atmosfärisk korrosion inuti anläggningarna, väckte oro.

I samarbete med Euro Anticorrosion Service (EAS) optimerade och använde Nicolas Larché en precis 3D-laserteknik för att mäta och följa korrosionsutvecklingen. Informationen användes för att kvantifiera barriärens livslängd och underhållsbehov. De placerade även ut sensorer för att kontinuerligt övervaka atmosfärens korrosivitet nära spännarna. I anläggningarna installerades luftkonditioneringssystem, för att rena och torka luften. De påverkade ytorna behandlades också med ett lager fuktavvisande fett.

Slutligen tog de prover från spännarna, som utsätts för en mycket hög belastning i samband med tidvattenrörelser, och gjorde tester för att simulera hur väl de klarar tidvattnets kraft och frekvens, med befintlig korrosion.

Resultatet var relativt betryggande. Trots befintlig korrosion förväntas barriären hålla i åtminstone 100 år till. Förutsatt att den insamlade datan är korrekt och omständigheterna förblir ungefär desamma. 

- För att vara på den säkra sidan gjorde vi också en simulering där vi fördubblade tidvattenfrekvensen och ökade belastningen med 30 procent. Simuleringen visade att livslängden även då skulle vara över hundra år. Men vi måste självklart kontrollera att vår hypotes stämmer, och kommer därför att göra regelbundna inspektioner för att följa korrosionsutvecklingen, säger Nicolas Larché. 

En fungerande lösning för Venedig

Slutsatsen är alltså att Venedigs lösning fungerar bra för Venedig, förutsatt att man håller ett vakande öga på korrosionen och aktivt motverkar den. Men Venedig är bara en av många städer som kraftigt påverkas av stigande havsnivåer. Vad kan vi lära av MO.S.E. och dess utmaningar?

- Venedig är väldigt speciell, det är en stad mitt ute i havet, i en liten lagun. Havsvatten kan bara ta sig in i staden via tre huvudportar, vilket möjliggör barriärsystemet. Att kopiera konceptet på andra platser skulle nog vara svårt, men det är inte otänkbart att någon form av fysisk barriär skulle kunna konstrueras på platser med liknande förutsättningar, säger Nicolas Larché.

Stigande havsnivåer är bara ett av flera problem som världen nu står inför, till följd av klimatförändringarna. Värmen har också lett till andra typer korrosionsproblem.

- Ur korrosionssynpunkt är global uppvärmning av stor betydelse. Temperatur är en nyckelparameter. Ett projekt som Institut de la Corrosion för närvarande arbetar med rör tillväxten av Sargassotång. Att den ökar kan både bero på stigande temperaturer, och på mänskliga föroreningar. Sargassotång flyter in till kusterna där den torkar och dör. I samband med det försurar den miljön och släpper ifrån sig giftig gas. Atmosfären blir då extremt korrosiv och kan påverka livslängden för närliggande metallstrukturer.

Viktigt att agera

Hur ska då kustnära samhällen agera framöver för att tackla de utmaningar som klimatförändringarna medför? Nicolas Larché förklarar att han inte är någon klimatexpert, men att han tycker att myndigheter världen över borde se över inspektionsfrekvensen så att den går hand i hand med klimatförändringarna. På så sätt går det att upptäcka och förutse problem innan det är för sent. 

- RISE och Institut de la Corrosion kan utreda hur temperaturförändringar eller stigande vattennivåer påverkar infrastrukturen, och ge råd om lämpliga åtgärder. Vi kan också hjälpa till att kontinuerligt anpassa befintliga korrosionsskydd efter nya klimatförhållanden. Dessutom utvecklar vi aktivt metoder för att studera effekterna av korrosion och korrosionsskydd på miljön. Vi undersöker alltså inte bara miljöns påverkan på material, utan även materialens påverkan på miljön.