Special competence in electronics is Finland’s ace in the hole

Finland has several things to be proud of. In addition to the clean nature, high-quality education, health care and many other oft-mentioned things, we should bring up our world-class research. The ecosystem formed by VTT Technical Research Centre of Finland Ltd, universities, Tekes – the Finnish Funding Agency for Innovation, the Academy of Finland and companies produces innovations for different industries.

Finland possesses top-grade special competencies, for example in the fields of sensor and measurement technology, microelectronics and their integration, printed electronics and health technology. By grasping the new opportunities of electronics, we can develop IoT products, digitalise traditional industries and create new business and jobs in Finland.

The Internet of Things will explode the demand for sensors and electronics research

Over the last couple of years, the industrial Internet has been on the rise in Finnish and global industry. The Internet of Things (IoT) will connect increasingly varied devices to the Internet and bring automation to a whole new level. The first autonomous cars and ships, as well as care robots, are currently being introduced. In order to become a reality, a majority of the visions requires a significant number of sensors, and electronics integrated into the devices.

The need for electronics-based research and innovation is emphasised, and that is something we Finns excel at. Finland does not compete in the mass production of semiconductor electronics, or in consumer electronics, but once we start talking about sensors requiring special know-how, and their materials, manufacturing processes and applications, we are a world leader.

Analysis of foodstuffs at one hundredth of the price

VTT is strongly involved in applied research in the electronics industry. We have developed, for example, a Fabry-Perot interferometer that can be used to measure, e.g. air pollutants, foodstuffs or, let us say, the condition of the atmosphere from the space in a wholly unique way. Since then, Spectral Engines Oy has commercialised microspectrometer technology based on the Fabry-Perot interferometer that allows the implementation of a spectrometer suitable for analytics at one tenth to one hundredth of the price.

Spectral Engines recently won the main prize, EUR 800,000, in the Food Scanner competition arranged by the EU. The awarded concept combines an infrared spectrum identification module, advanced algorithms, a cloud service and a materials library that allow the user to measure, for example, the main components and total energy of foodstuffs.

Printed electronics are on the rise

In the early 2000s, VTT began research in printed electronics and also made a significant investment in pilot production lines. The risk paid off and today, when it is time to apply printed electronics and build new products and business on the foundation laid down by the research, we are a global frontrunner. The electronics meld into the surfaces of the products and follow their three-dimensional shapes. Organic solar cells or interior lighting can be a part of building architecture or the interior design of cars.

We recently introduced a display element laminated into the windscreen of a bus with Pilkington. Printed electronics are deeply integrated into traditional products, giving them added value. We must not squander this opportunity and headway and allow other countries to reap the benefits!

Rapid diagnoses on the spot

VTT possesses the ability to combine know-how in medical science, chemistry, printing technology and measurement technology into new and competitive products. One interesting application area for printed electronics can be found in the health care sector. The so-called ‘point-of-care diagnostics’ means making diagnoses on the spot instead of in laboratory conditions as in the traditional method. Disposable rapid diagnoses utilising printed electronics save both time and money.

The products are cheap and look simple, but when you start to consider how a sample of one thousandth of a milligram is managed, and how a specific illness or, for example, the blood alcohol content is reliably indicated, a clear role for research and competence becomes evident. For example: Promilless is a consumer product that costs a couple of euros and allows an uncertain driver to test their driving condition with a saliva test. The test is simple for the user, but it is based on years of research.

Need for an electronics research programme

There is a significant number of growth-oriented start-ups utilising electronics, photonics and printed electronics technologies in Finland, boosted by the Printocent company cluster, for example. They create export products, profitable business and jobs – which Finland needs.

Although innovating in electronics and measurement technology continues apace, there exists a need for a growth-oriented research programme that would bring together the resources of entire Finland. Public funding of electronics research has decreased radically, and the latest Tekes programme in this sector was ELMO that ended in 2005.

The goal of the programme jointly implemented by the actors in the sector should be the creation of new products and production in Finland. Manufacturing capability is fundamentally connected to the industrialisation of printed electronics, for example. Let us digitalise Finland and the traditional industries with electronics!

Jussi Paakkari VTT

Jussi Paakkari
Vice President, Sensing and integration

T&K-kumppani voi olla myös hyvä IoT-antureiden tuotantokumppani

”Miljardi anturia, miljoona sovellusta ja pirstaloituneet markkinat”

Pitkälle verkottuneessa esineiden internetin (IoT) maailmassa on helppo kuvitella, kuinka miljoonat anturit keräävät suuria määriä dataa, jonka avulla muodostetaan uutta tietoa. Tämä muokkaa sitä, miten elämme älykkäissä kodeissamme tai matkustamme itseohjautuvissa autoissamme. Ei ole todellakaan pulaa markkinatutkimuksista, jotka ennustavat anturien markkinoiden huomattavaa kasvua. Tämä puolestaan on synnyttänyt runsaasti keskustelua siitä, kuinka valtavia anturimääriä voisi valmistaa taloudellisesti ja tulisiko tätä tarvetta varten kehittää uusia tuotantoteknologioita, kuten rullalta rullalle -painamista.

Vaikka joitain sovelluksia varten varmasti tarvitaankin suuria määriä antureita, tilanne on varsin erilainen, kun markkinaennusteita tarkastellaan lähemmin. Ne kertovat enemmänkin suuresta pirstaloitumisesta, sillä sekä itse markkinat että niillä olevat sovellukset ovat valtavan moninaisia. Elektronisten antureiden markkinapotentiaali koostuu pohjimmiltaan tuhansista markkinaraoista, joiden vuosivolyymit voivat vaihdella sadoista tuhansiin antureihin. Sellaiset sovellukset, joissa tarvittaisiin miljoonia tai miljardeja täysin samantyyppisiä antureita, ovat hyvin harvassa.

Miksi tällä on merkitystä?

Nykyiset puolijohteiden prosessointi- ja pakkaustekniikat pystyvät enimmäkseen täyttämään uusien antureiden kysynnän, ja itse asiassa monia sovelluksia varten kiekkoja tarvitaan varsin vähän. Jos otetaan esimerkiksi tyypillinen 150 mm kiekko, jossa anturin koko on 4 mm2, yhdessä 25 kiekon erässä pystytään tuottamaan lähes 90 000 anturia (olettaen, että saanto on 80 %). Määrä on riittävä tyydyttämään useammankin yrityksen vuotuiset tarpeet. Useimpia sopimusvalmistajia näin alhaiset kiekkomäärät eivät edes kiinnosta. Lisäksi varsinaiset tuotantokustannukset kutistuvat sen rinnalla, mitä anturin kehittämisen vaatima t&k-työ sekä mahdollinen teknologiansiirto uuteen tuotantolaitokseen maksavat.

Wafers

Anturin kehitystyö vs. tuotantokustannukset

Uusien MEMS-, mikro- tai nanoelektronisten anturien kehitysprosessi voi olla varsin kallis. Anturin monimutkaisuudesta ja teknologia-alustan kypsyydestä riippuen kehityskustannukset voivat nousta miljooniin euroihin ja työ voi viedä kaksi vuotta tai kauemmin. Vaikka jotkin yritykset tekevät kaiken kehitystyön itse, useat tekevät yhteistyötä t&k-organisaatioiden kanssa. Näin ne voivat hyödyntää julkista rahoitusta ja kansallista infrastruktuuria kehittääkseen teknologia-alustan sellaiseksi, että on mahdollista tehdä useita yksittäisiä tuotteita.

Havainnollistetaan asiaa VTT:n esimerkin avulla: hyperspektrisen MEMS-anturin tuotantoalustan kolme vuotta kestänyt kehitystyö on voinut maksaa 5 miljoonaa euroa, ja kuitenkin yhden 25 kiekon erän valmistus tiettyä sovellusta varten saattaa maksaa 50 000–100 000 euroa ja tuottaa yli 50 000 anturia. Jos kyseiset anturit sitten integroidaan laitteeseen, jota myydään 1 000 euron kappalehintaan, 50 miljoonan euron liiketoiminnan ylläpitämiseksi riittää varsin pieni kiekkojen tuotantovolyymi.

Traditional cost model

Vallitsevana logiikkana on ollut viedä kehitetty prosessi mukanaan ja siirtää se tuotantolaitokseen, mutta onko siinä aina järkeä? MEMS-antureiden tuotantoprosessit ovat surullisenkuuluisia siitä, että niissä prosessinkulku, sovellettu resepti ja kehityksessä käytetty laitteisto ovat erittäin yksilöllisiä. Tällöin teknologiansiirtohankkeeseen ryhtyminen voi olla kallista ja aikaa vievää. Jos tuotantovolyymit ovat tämän jälkeen pieniä, ei ole taloudellisesti järkevää kehittää prosessia uudelleen uutta tuotantolaitosta varten, sillä kyseiset kustannukset voivat helposti ylittää käynnissä olevan pienvalmistuksen kulut.

Paljon antureita, mutta vain vähän kiekkoja – käytä t&k-kumppanin tuotantopalvelua

Kun jatkuva tuotannontarve on suhteellisen pieni (<1 000 kiekkoa vuodessa), kannattaa harkita t&k-kumppanin ottamista ensi- tai toissijaiseksi antureiden valmistajaksi. Se tarjoaa suoran tien tuotannon aloittamiseen sekä merkittäviä etuja. Se, että pystyy välttämään kalliin ja mahdollisesti riskialttiin teknologiansiirtohankkeen, kompensoi todennäköisesti minkä tahansa komponenttituotannossa saavutettavan hintaedun, jonka siirtyminen puhtaasti tuotantolaitokseen saattaisi tarjota.

New cost model

Näin pystytään myös nopeuttamaan markkinoillepääsyä useilla kuukausilla, mikä voi olla erityisen hyödyllistä pk-yrityksille, joille kassavirta on ratkaisevan tärkeä ja ajan tuhlaaminen tarkoittaa tulonmenetystä. On myös syytä huomata, että vaikka anturi onkin se tärkein osatekijä useissa järjestelmissä, tuotteen arvo syntyy useimmiten järjestelmä-/palvelumallitasolla ja itse anturin osuus koko järjestelmän kustannuksista on suhteellisen pieni. Miksi ryhtyä riskialttiiseen teknologiansiirtoon laskeakseen 10 euron anturin tuotantokustannuksia 3 eurolla, kun koko järjestelmää myydään 300 tai peräti 3000 eurolla?

Key question

Liiketoimintastrategian näkökulmasta on tärkeää kysyä, riittääkö tuleva marginaalikustannussäästö, joka tuotantolaitoksessa tapahtuvan valmistuksen avulla saavutetaan, korvaamaan kaikki ne kulut, jotka tuotannon viivästyminen, riskitekijät ja teknologiansiirron kustannukset aiheuttavat? Jokaisella teknologiansiirrolla tulisi olla vahvat taloudelliset perusteet, jotka mitataan odotetun valmistusajan ja järjestelmän kokonaiskustannusten kautta.

Saumaton tie t&k-vaiheesta sarjatuotantoon

Erinäiset tutkimus- ja teknologiaorganisaatiot, kuten VTT, tarjoavat tuotantopalveluita, sillä se on hyvä tapa hyödyntää kalliita tuotantojärjestelmiä ja varmistaa näin taloudellinen kestävyys ja tulevat investoinnit. Voi olla hyödyllistä, että myös tuotteen kehittäneet tutkijat ovat helposti saatavilla ratkaisemaan mahdollisia tuotannon aikana ilmeneviä ongelmia. Tästä huolimatta tiettyjä karikoita on syytä vältellä (erityisesti puhtaasti t&k-toimintaan suunnattuja toimintatapoja ja laadunvalvontamenetelmiä), ja tulisi aina varmistaa, että t&k-kumppanilla on sellainen organisaatio, joka hoitaa tuotantotoiminnan ammattimaisella tavalla, jotta taataan sekä prosessinhallinta että toistettavuus.

Mikäli t&k-kumppanisi pystyy tarjoamaan tarvittavat toimintavalmiudet ja laatusertifikaatit, se voisi olla myös uskottava tuotevalmistajasi, joka tarjoaa antureille saumattoman reitin t&k-vaiheesta sarjatuotantoon.

Howard Rupprecht VTT

Howard Rupprect
Vice President, Micronova manufacturing services

IoT sensors – why your R&D partner could also be your ideal manufacturing partner

‘A trillion sensors, a million applications and a fragmented market ’

In a hyper-connected IoT world it is not hard to imagine a trillion sensors collecting rich amounts of data that will provide new insights that will shape the way we live in our intelligent homes or commute in our self-driving cars. There is certainly no shortage of market research predicting healthy growth in the market for such sensors. This has led to much discussion about how to economically manufacture large volumes of sensors and the potential need for new manufacturing technologies, such as roll-to-roll printing, to meet these needs.

While there will undoubtedly be a need for high volumes in some applications, a closer look at the market predictions tells a different story – one of deep fragmentation where there is tremendous diversity in both markets and applications within those markets. Essentially the opportunities for electronic sensors comprises of thousands of niches where annual volumes can range from hundreds to thousands of sensors – with very few applications with requirements for millions or billions of sensors of the exact same type.

Why does this matter?

What this means is that the demand for new sensors can be mostly satisfied by existing semiconductor processing & packaging techniques and in many application cases, the volume of wafers required will actually be quite low. If we take a typical 150mm wafer with a sensing element that is 4mm2, a single batch of 25 wafers can produce close to 90,000 sensors (assuming an 80% yield) – enough to satisfy the annual needs of many companies. Such low wafer volumes are not interesting to most contract manufacturers and the actual production cost is dwarfed by cost of R&D to develop the sensor and to potentially transfer the technology to a new facility.

Wafers

Sensor development versus manufacturing costs

The process of developing new MEMS, micro or nano-electronic sensor elements can be an expensive business. Depending on the complexity of the sensor and the maturity of the technology platform, development costs can run into millions of euros and take upwards of 2 years. While some companies do all of the work in-house, many others partner with R&D organizations, leveraging public funding and national infrastructure to develop the technology platform to a level of maturity where realization of multiple individual products is viable.

To use an example from VTT, a hyperspectral MEMS sensor manufacturing platform may have cost €5M to develop over 3 years yet a single batch of 25 wafers for a specific application might cost between €50 & €100k to manufacture and could yield upwards of 50,000 sensors. If these sensors are subsequently integrated into an instrument that sells for €1,000 per unit, then a €50M business is enabled and sustained from a very low wafer manufacturing volume.

Traditional cost model

Historically, the prevailing logic has been to take the developed process and then transfer to a production facility but does this always make sense? Manufacturing processes for MEMS sensors are notoriously specific to the process flows, recipes and equipment on which they were developed and undertaking a technology transfer project to a new facility can be expensive and time consuming. If the subsequent volumes are low, it does not make economic sense to redevelop processes for a new facility as these costs may well exceed the ongoing low-volume manufacturing costs.

Many sensors but few wafers – Manufacture in an R&D Fab

When ongoing production needs are relatively low (<1000 wafers per year) it’s worth considering your R&D partner as a primary or secondary production source for sensor elements. In fact it offers you a direct path to production with some major benefits. Being able to save on conducting an expensive and potentially risky technology transfer project will likely offset any component price benefit gained by moving to a pure production fab.

New cost model

In an increasingly fast moving world, it is also possible to accelerate time-to-market by many months which can be especially beneficial to SMEs where cash flow is critical and lost time is lost revenue. It’s also worth noting that while the sensor element is the key enabler of many systems, the product value tends to be created at a system / service model level, with the actual sensor being a relatively small part of the overall system cost. Why undertake a risky tech transfer to reduce the cost of a €10 sensor by €3 when the system as a whole sells for €300 or even €3000?

Key question

From a business strategy perspective, the important question to ask is “Does the future marginal cost benefit of manufacturing in a production facility, exceed the combined value of the lost time, risk and cost of a tech transfer project?” Any technology transfer project should have a sound financial justification measured over the expected production timescale and total system costs.

A seamless route from R&D to volume manufacturing

There are a number of RTOs such as VTT that will offer manufacturing services as it’s a good way to better utilize expensive fabrication facilities and ensure financial sustainability and future investments. It can also be useful to have the researchers who developed the product, be readily available to troubleshoot if production issues occur. That said, there are pitfalls to be avoided (particularly operational and quality procedures that are geared purely towards R&D) and you should ensure that your partner has an organization that is managing the fab operations in a professional way to ensure both process capability and repeatability.

By providing the necessary operational competence and quality certifications your R&D partner could be your credible production source – offering you a ‘seamless route from R&D to volume manufacturing’ in sensor production.

Howard Rupprecht VTT

Howard Rupprecht
Vice President, Micronova manufacturing services

Theme energy: The world of IoT comes home

VTT arranged the “Growth from the energy transition” seminar in Helsinki on 13 September 2016. During the event, VTT’s extensive know-how in the energy sector – the related research findings, scenarios and visions – was showcased. Together with our partners, we also pondered the energy revolution and growth prospects in Finland. The seminar themes are explored in more detail in our energy-themed blog series.

A wide range of visions have been presented and produced on the future of energy consumption in homes. One of the most familiar is the idea of the energy-flexible home. In addition, houses can be energy self-sufficient or, where appropriate, even generate energy for others.

The new technologies currently being tried and tested will provide the consumers of the future with the opportunity to consider various new, alternative types of energy production. As an example, let’s take the illustration in the picture of how a home of the future, with printed and energy-sensitive surfaces, might look. The wall surfaces and decorations could be energy-generating, in accordance with the situation. A table cloth, wall decoration, wallpaper or a computer’s surface could generate energy from ambient light. According to this vision, the design of living environments built around incoming light will gain a stronger foothold.

tuikka_futurehome

Future home.

In addition to gathering ambient energy, such a home could be smart and gather information on its surroundings and its own functions, communicating such information to cloud services or other devices. In this case, part of a home or office could be the subject of negotiated flexibility based on an agreed electricity contract, within the limits of the operational possibilities. The flexible use of energy is therefore dependent upon a definition according to the situation in question.

Consumer information and new services

In addition to energy systems, domestic appliances could ‘tell’ other devices about their own situation and ‘converse’ with each other. At the moment, it looks as though a platform economy is forming in which the so-called Internet of Things has a huge number and variety of actors at different levels. All manufacturers of home appliances and consumer electronics, and makers of sauna stoves or electricity meter readers, seem to be reaching out to consumers. Consumer information and its combination with other data appears to be the key to the new services. The impact of flexible energy consumption could be difficult to calculate in the absence of connected-up data. The greatest potential is thought to lie in the change in business models and new business opportunities. A wide range of estimates have also been made on the sums of money that the forthcoming IoT and platforms will involve worldwide.

Despite the great difficulty in estimating these sums, the change can be viewed as an opportunity in general. To ensure business continuity, it is important to identify the elements involved in such change. Legislation and various initiatives, technological transitions and standards will have an impact on activities in the long term.

For example, legislation can be used to define certain data as important to society and to rule that it must be open by law. What would the impact on business activities be if data generated by energy meters was defined as important to society and therefore open? This would avoid a closed system and data could be combined with other data, creating added value. There would undoubtedly be a major impact on business. Such situations are familiar in another context. Services related to payment services, in particular, are changing. The new Payment Services Directive will oblige banks to open up their own databases to third parties. External service vendors will gain access to a bank’s payment transactions. On behalf of customers, service vendors will be able to manage payments mainly online and through mobile channels. In fact, payments concern all services and both banks and other actors are now being consulted on the services to which payments can be connected. It is quite possible that this change will also cover energy solutions.

The role of the consumer is highlighted in the digital society. Consumers are interested in data related to their own activities and are becoming more interested in data and activities defined just for them. Digitalisation brings the service vendor closer to the consumer – the better digital services serve the consumer, the more certain it is that they will be used. Based on an integrated picture of household consumption and production, digital services can increasingly free consumers from vendor dependency. From the consumer’s perspective, the more flexibly and easily services work, the more attractive they are. Easy and clear switching between power supply agreements, comparison of terms and conditions, and integration of financial transactions with other services are already increasing consumer awareness of the alternatives and mobility on the energy markets.

To whom does data belong?

The transition will be based on a range of factors – such as regulations – and their combinations. To whom does data created by the internet, lamps, sauna stoves or televisions in households belong? This subject is so important that the European Commission has drawn attention to the matter by considering the rights to data within business chains. Another similar, but further advanced, regulation is the General Data Protection Regulation or the GDPR, which will define people’s right to their own data when it enters into force in 2018.

Secondly, standards are important when wondering what kinds of data communication layers to create. There are a number of initiatives and VTT is involved in several standards organisations and ventures. Thirdly, the technological revolution is unlikely to happen in isolation, but will require a suitable setting within the business environment. Although block chain technology is a new technical term, the passion surrounding it seems to have spread beyond the IT community. The term becomes more familiar when associated with the concept of virtual money and the word ‘bitcoin’. In this case, the interesting thing is that no single operator has centralised control over the data.  It is said that transparency and decentralization make this approach trustworthy. Examples are merely illustrative right now, but a moment may arrive when an electrical device can securely report energy quantities to a block chain.  The vision could consist of IoT devices making agreements with each other and engaging in regulated commerce in situations involving energy flexibility.

Tuomo Tuikka, Research Manager
Twitter: @tttuomo

Teemana energia: Esineiden internetin maailma tulee kotiin

VTT järjesti 13.9.2016 Kasvua energiamurroksesta -seminaarin Helsingissä. Tilaisuudessa esiteltiin VTT:n laaja-alaista osaamista energiasektorilla – tutkimustuloksia, skenaarioita ja visioita – sekä puitiin yhdessä kumppaneidemme kanssa Suomen energiamurrosta ja kasvunäkymiä. Teemana energia -blogisarja käsittelee seminaarin teemoja tarkemmin.

Kotien energiankäytön tulevaisuudesta on esitetty ja tuotettu monenlaisia visioita. Yksi tunnetuimmista on se, että koti on energiajoustava. Lisäksi koti voi olla energiaomavarainen tai sopivassa tilanteessa jopa tuottaa energiaa muiden käyttöön.

Nykyisin testattavana ja kokeiltavana olevat uudet teknologiat antavat tulevaisuuden kuluttajalle mahdollisuuden erilaisten energiantuottamisen uusien vaihtoehtojen pohtimiseen. Esimerkkinä olkoon kuvassa näkyvä luonnos siitä, millainen tulevaisuuden painettuja ja energiaherkkiä pintoja sisältävä koti voisi olla. Seinien pinnat ja koristeet voivat olla tilanteen mukaan energiaa tuottavia. Niin ikään pöytäliina, koriste seinällä, tapetti tai tietokoneen pinta voivat tuottaa energiaa niihin ympäristöstä tulevasta valosta. Valon suhteen rakentuva asuinympäristön suunnittelu saanee tällaisessa visiossa yhä enemmän jalansijaa.

tuikka_futurehome

Tulevaisuuden koti.

Ympäristön energian keräämisen lisäksi on mahdollista, että koti sisältää älykkyyttä ja kerää tietoa niin ympäristöstä tai omasta toiminnastaan, viestien sitä tietoa pilvipalveluun tai toisille laitteille. Tällöin kulloisenkin sopimuksen mukaan osa kodista tai toimistosta voisi olla valmiiksi sähkösopimuksin neuvotellun jouston kohteena, mutta toimintamahdollisuuksien rajoissa. Energian joustava käyttö riippuu siis tilanteen mukaan tehtävästä määrittelystä.

Kuluttajatieto ja uudet palvelut

Energiajärjestelmien lisäksi myös kodin laitteet voivat kertoa muille laitteille omasta tilastaan ja keskustella keskenään. Tällä hetkellä näyttää siltä, että on muodostumassa alustatalous, jossa ns. esineiden internetissä on erittäin paljon erilaisia toimijoita eri tasoilla. Kaikki kodinkoneiden ja viihde-elektroniikan valmistajat, saunakiukaiden tekijät tai sähkömittarin lukijat vaikuttavat olevan pyrkimässä lähemmäs kuluttajaa. Kuluttajatieto ja sen yhdistäminen muuhun tietoon tuntuu olevan avain uusiin palveluihin. Tiedon yhteyksien puuttuessa energian käytön jouston vaikutusta voi olla vaikea laskea. Suurimmat mahdollisuudet arvioidaan olevan liiketoimintamallien muutoksessa sekä uusissa liiketoimintamahdollisuuksissa. Monenlaisia arvioita löytyy myös siitä, millaisia rahasummia tulevassa esineiden internetin ja alustojen maailmassa pyörii.

Vaikka rahasummia on erittäin vaikea ennustaa, kaiken kaikkiaan muutos on mahdollisuus. Muutoksen elementtejä on tärkeää tunnistaa liiketoiminnan jatkuvuuden varmistamiseksi. Lainsäädäntö ja erilaiset aloitteet, teknologiset murrokset sekä standardit ovat pitkällä aikavälillä toimintaan vaikuttavia tekijöitä.

Esimerkiksi lainsäädännön kautta voidaan määritellä jokin data yhteiskunnalle merkittäväksi ja muuttaa se lainvoimaisesti avoimeksi. Millainen seuraus toiminnalle olisi, jos energiamittareiden tuottama data todetaan yhteiskunnalle tärkeäksi ja avoimeksi? Lainsäädännön seurauksena vältyttäisiin suljetulta systeemiltä ja tieto voitaisiin yhdistää muuhun tietoon lisäarvoa tuottaen. Epäilemättä liiketoiminnallinen seuraus olisi merkittävä. Tällaisia tilanteita on tiedossa toisessa yhteydessä. Erityisesti maksupalveluihin liittyvät palvelut muuttuvat. Uusi maksupalveludirektiivi pakottaa pankit avaamaan omaa tietovarantoaan kolmansille osapuolille. Ulkopuoliset palveluntarjoajat saavat pääsyn pankin maksutapahtumiin. Palveluntarjoajat voivat hoitaa maksuja asiakkaiden puolesta pääosin online- ja mobiilikanavissa. Maksuthan liittyvät oikeastaan kaikkiin palveluihin, ja nyt niin pankit kuin muutkin toimijat ovat kuulolla, mihin palveluihin maksut voidaan liittää. On varsin mahdollista, että tämä muutos liittyy myös energiaratkaisuihin.

Kuluttajan rooli korostuu digitaalisessa yhteiskunnassa. Kuluttajaa kiinnostaa omaan toimintaan liittyvä tieto ja yhä enemmän juuri hänelle määritelty tieto tai tekeminen. Digitaalisuus vie palvelun tuottajaa lähemmäs kuluttajaa, ja mitä paremmin digitaaliset palvelut hyödyttävät kuluttajaa, sitä varmemmin niitä käytetään. Yhtenäinen kuva kodin kulutuksesta ja tuotannosta käyttäen digitaalisia palveluja vapauttaa kuluttajan yhä enemmän toimittajaloukusta. Mitä joustavammin ja helpommin palvelut toimivat kuluttajan näkökulmasta, sitä houkuttelevampia ne ovat. Energiasopimuksen helppo ja selkeä vaihtaminen, ehtojen vertailu ja rahaliikenteen yhdistäminen muihin palveluihin edistävät jo pelkästään kuluttajien tietoisuutta vaihtoehdoista ja liikkuvuutta energiamarkkinoilla.

Kenelle data kuuluu?

Muutoksen tuottavat useat siihen vaikuttavat tekijät tai niiden yhdistelmät, kuten esimerkiksi säätely. Kenelle kuuluu kotoa esineiden internetistä, lampuista, saunankiukaista tai televisioista tuleva data? Aihe on niin tärkeä, että Euroopan komissio on kiinnittänyt asiaan huomiota pohtimalla datan käytön oikeuksia liiketoimintaketjuissa. Toinen vastaavanlainen, mutta pidemmällä oleva, säätely on nimeltään General Data Protection Regulation eli GDPR, joka määrittelee oikeuden oman dataan. Se toteutuu vuonna 2018.

Toiseksi standardit ovat tärkeitä, kun mietitään, millaisia dataan liittyviä yhteyskerroksia tehdään. Aloitteita on useita, ja VTT on mukana useassa standardiorganisaatiossa ja aloitteessa. Kolmanneksi teknologinen murros tuskin on yksistään mahdollinen vaan vaatii sopivaa kohtaa toimintaympäristössä. Lohkoketjutekniikka on uusi tekninen termi, mutta sen ympärille kehittynyt intohimo on näyttänyt leviävän ulos tietotekniikkapiireistä. Termi on tunnetumpi, kun se liitetään virtuaalirahan käsitteeseen ja sanaan bitcoin. Mielenkiintoista tässä on se, että kukaan yksittäinen toimija ei hallitse keskitetysti tietoa. Sanotaan, että avoimuus ja hajauttaminen tekevät lähestymistavasta luotettavaa. Tällä hetkellä esimerkit ovat suuntaa antavia, jossain kohtaa tulee ehkä hetki, jolloin sähkölaite raportoi energiamäärän turvallisesti lohkoketjuun. Visiona voisi olla, että esineiden internet -laitteet voisivat tehdä keskenään sopimuksia ja tehdä energiajoustoon liittyvissä tilanteissa annettujen sääntöjen mukaista kaupankäyntiä.

Tuomo Tuikka, tutkimuspäällikkö
Twitter: @tttuomo

Will sports technology replace the coach?

Alahuhta_Petteri

New digital products and services that analyse athletic performance are launched every week. They claim to help athletes improve their performance, encourage them to train, and give advice on when and for how long they should recover. These issues have traditionally been the coaches’ responsibility. Will digital sports technology make coaches a thing of the past?

From measuring the pulse to analysing athletic performance

Wearable products connected to wellbeing and sports have been actively developed in recent years. Heart rate monitors have moved from being specialist equipment for top athletes to being supermarket products available to ordinary people; at the same time, heart rate analysis is used to gather an increasingly large variety of information to help understand athletes’ training and recovery. Activity bracelets assessing people’s movement, sleep and energy consumption have rapidly developed into popular products for the general public, similarly to heart rate monitors.

At the moment, wearable sports technology is focused on products that can be used to measure the technique of a specific athletic performance and its flawlessness. In Finland, solutions are being developed for analysing the technique of running, swimming and cross-country skiing, for example. With such products, the performance analysis is based on data on the athlete collected using a small, wireless sensor. As for the business aspects, these are based on analysing the data and offering services based on the analysis.

Sports technology provides information to support coaching

The goal of sports technology is to provide information based on which the athlete and the coach can analyse the performance from a neutral point of view, without personal preconceptions. In world-class sports, the decisive moment of victory or defeat often lasts only a fraction of a second. Technology can be a great help when studying what happens in the high jump at the moment of take-off or in archery right before releasing the arrow, for example.

In addition to the trained eye, video cameras have been traditionally used to analyse performance, and measurements have also been made in test laboratories at training centres. These remain important tools, but they are starting to feel inadequate compared to the possibilities offered by wearable technology. Laboratory measurements can provide accurate data on a performance, but they nevertheless do not correspond to the performance at a competition. Video analysis of a performance that lasts for less than a second can likewise take several hours  to carry out.

Feedback immediately after the performance

With wearable technology, the performance can be analysed in the field instead of a measurement laboratory. We are approaching a situation in which the athlete’s total performance during training and competition is digitised through wearable technology. This gives the athletes detailed feedback about their performance immediately. The key performance indicators are an essential part of the feedback, but the performance can also be compared to previous performances during training or competitions, or they can be visualised for the athlete with the help of augmented reality.

Data-based coaching offers better tools for the coach and the athlete, who can focus on fine-tuning the performance. Director of Technology & Innovation for the U.S. Olympic Committee Mounir Zok agrees. At a sports technology seminar in early July he proposed that the use of technology in world-class sports is a key method in improving results: “Technology is the new secret sauce that will make or break any athlete, anywhere in the world.”

Smart networked products, the Internet of things, and real time data analytics revolutionise sports

The development of wearable sports technology is also promoted by the arrival of smart products on the wellbeing and sports market. It is based on the Internet of Things (IoT): the rapid development of sensor technology, wireless communication, data processing and digital services makes it possible to measure different kinds of events and phenomena with inexpensive, easy-to-use technology.

In the end, competitive sports share something fundamental with industry: improving competitiveness. If IoT looks like a solution for improving the competitiveness of the industry, the same logic can certainly work for competitive sports.

Will technology make coaching and coaches obsolete? No. Technology visualises what has happened during the performance. The new technology offers a more comprehensive picture than before, and it helps with understanding the performance and how it went. However, the athlete and the coach must decide together what to do next. Better information helps with making better decisions.

Petteri Alahuhta, Business Development Manager

Twitter: @PetteriA

The author has been a member of the Finnish national archery team and is currently acting as the Chair of the Finnish Archery Association.


Sports technology grows rapidly – Finland is at the top of the field

The goal of sports technology is to offer athletes and coaches better tools for improving performances. The investments in sports technology by capital investors have increased strongly in recent years. For example, during 2015 capital investors invested more than a billion US dollars in startup companies in the field. This shows faith in the demand for products and services in the field.

Finland has been a pioneer of sports technology for years. Established operators in the market such as Polar and Suunto have been developing their products for decades. In recent years, several startup companies have also started to develop their solutions for the sports technology market. Finland has high-level competence in data analytics, embedded devices, and software and service development.

As technology developers are combined with world-class sports research, Finnish companies will continue to create interesting wearable technology solutions for sports in future.

See also:

Wearable technology – VTT’s services

Presentations of the Sports Analytics Seminar in June 2016

Information about HILLA Sports Technology Growth Mill seminar

Korvaako urheiluteknologia valmentajan?

Alahuhta_Petteri

Urheilusuorituksia analysoivia digitaalisia tuotteita ja palveluita julkaistaan viikoittain. Niiden väitetään auttavan urheilijoita parantamaan suoritusta, kannustavan harjoitteluun ja opastavan, milloin ja kuinka pitkään urheilijan pitäisi palautua. Nämä ovat asioita, jotka kuuluvat perinteisesti valmentajille. Sysäävätkö digitaaliset urheiluteknologiatuotteet valmentajat historiaan?

Sykkeen mittaamisesta urheilusuorituksen analysointiin

Hyvinvointiin ja urheiluun liittyviä puettavia tuotteita on kehitetty viime vuosina aktiivisesti. Sykemittarit ovat muuttuneet huippu-urheilijoiden erikoislaitteista tavallisen kansan markettituotteiksi, ja toisaalta sykeanalyysistä haetaan yhä monipuolisempaa tietoa urheilijan harjoituksen ja palautumisen ymmärtämiseksi. Aktiivisuusrannekkeet, jotka arvioivat ihmisten liikkumista, nukkumista ja energiankulutusta, ovat kehittyneet nopeasti sykemittareiden kaltaisiksi koko kansan tuotteiksi.

Puettava urheiluteknologia keskittyy tällä hetkellä tuotteisiin, joiden avulla voidaan mitata tietyn urheilusuorituksen tekniikkaa ja suorituksen puhtautta. Suomessa kehitetään ratkaisuja esimerkiksi juoksun, uinnin ja maastohiihdon tekniikan analysointiin. Tällaisissa tuotteissa suorituksen analyysi perustuu aineistoon, joka kerätään urheilijasta pienikokoisen langattoman anturin avulla. Liiketoiminta perustuu puolestaan aineiston analysointiin ja sen pohjalta tarjottaviin palveluihin.

Urheiluteknologia tuottaa tietoa valmennuksen tueksi

Urheiluteknologian tavoitteena on tarjota tietoa, jonka pohjalta urheilija ja valmentaja voivat analysoida suoritusta neutraalisti ilman henkilökohtaisia ennakkokäsityksiä. Huippu-urheilussa voiton tai tappion ratkaiseva hetki kestää usein vain sekunnin murto-osan. Teknologiasta voi olla suuri apu, kun mietitään, mitä tapahtuu esimerkiksi korkeushypyssä ponnistuksen hetkellä tai jousiammunnassa juuri ennen nuolen ampumista.

Suorituksen analysointiin on perinteisesti käytetty harjaantuneen silmän lisäksi videokameroita, ja mittauksia on tehty myös valmennuskeskusten testilaboratorioissa. Nämä ovat edelleen tärkeitä työkaluja, mutta ne alkavat tuntua riittämättömiltä verrattuna mahdollisuuksiin, joita puettava teknologia tarjoaa. Laboratoriomittaus voi antaa tarkkaa dataa suorituksesta, joka ei vastaa kilpailutilanteen suoritusta. Tai videoanalyysi alle sekunnin kestävästä suorituksesta voi kestää useita tunteja.

Palaute tulee heti suorituksen jälkeen

Puettavan tekniikan avulla suoritus voidaan analysoida mittauslaboratorion sijasta kentällä. Lähestymme tilannetta, jossa urheilijan jokainen harjoitus- ja kilpailusuoritus digitalisoidaan puettavan tekniikan avulla. Näin urheilija saa heti yksityiskohtaisen palautteen suorituksestaan. Oleellinen osa palautetta ovat suorituksen keskeiset tunnusluvut (key performance indicators), mutta suoritusta voidaan myös verrata aikaisempiin harjoitus- ja kilpailusuorituksiin tai visualisoida urheilijalle lisätyn todellisuuden avulla.

Datapohjainen valmennus tarjoaa valmentajalle ja urheilijalle paremmat työkalut keskittyä suorituksen hiomiseen. Samaa mieltä on USA:n olympiakomitean teknologiajohtaja Mounier Zok. Hän esitti heinäkuun alussa pidetyssä urheiluteknologiaseminaarissa, että huippu-urheilussa teknologian hyödyntäminen on keskeinen keino parantaa tuloksia: “Technology is the new secret sauce that will make or break any athlete, anywhere in the world.”

Älykkäät verkotetut tuotteet, esineiden internet ja reaaliaikainen data-analytiikka mullistavat urheilun

Puettavan urheiluteknologian kehitystä edistää älykkäiden tuotteiden tulo myös hyvinvointi- ja urheilumarkkinoille. Perustana on esineiden internet (Internet of Things, IoT): anturiteknologian, langattoman kommunikaation, datan käsittelyn ja digitaalisten palveluiden nopea kehittyminen mahdollistaa erilaisten ilmiöiden ja tapahtumien mittaamisen edullisen ja helppokäyttöisen teknologian avulla.

Kilpaurheilussa on pohjimmiltaan kyse samasta asiasta kuin teollisuudessa: kilpailukyvyn parantamisesta. Jos IoT näyttää ratkaisulta teollisuuden kilpailukyvyn parantamiseen, sama logiikka toimii varmasti myös kilpaurheilussa.

Tekeekö teknologia valmennuksen ja valmentajat tarpeettomiksi? Ei. Teknologia havainnollistaa, mitä suorituksessa tapahtui. Uusi teknologia tarjoaa kattavamman kuvan kuin aikaisempi ja auttaa ymmärtämään, miksi suoritus meni niin kuin meni. Urheilijan ja valmentajan on kuitenkin yhdessä päätettävä, mitä sitten tehdään. Parempi tieto auttaa tekemään parempia päätöksiä.

Petteri Alahuhta, liiketoiminnan kehityspäällikkö

Twitter: @PetteriA

Kirjoittaja on ollut maajoukkuetason jousiampuja ja toimii nykyisin Suomen Jousiampujain Liiton hallituksen puheenjohtajana.


Urheiluteknologia-ala kasvaa nopeasti – Suomi on alan huipulla

Urheiluteknologian tavoitteena on tarjota urheilijoille ja valmentajille parempia työkaluja suoritusten kehittämiseen. Pääomasijoittajien investoinnit urheiluteknologiaan ovat kasvaneet viime vuosina voimakkaasti. Esimerkiksi vuoden 2015 aikana pääomasijoittajat rahoittivat alan startup-yrityksiä yli miljardilla dollarilla. Tämä osoittaa, että alan tuotteille ja palveluille uskotaan olevan kysyntää.

Suomi on ollut urheiluteknologian edelläkävijä jo vuosia. Polarin ja Suunnon kaltaiset vakiintuneet toimijat ovat kehittäneet tuotteitansa markkinoille vuosikymmeniä. Viime vuosina myös useat startup-yritykset ovat alkaneet kehittää ratkaisujaan urheiluteknologiamarkkinoille. Suomessa on korkeatasoista data-analytiikan, sulautettujen laitteiden ja ohjelmisto- ja palvelukehityksen osaamista.

Kun tekniikan kehittäjät ja huippuluokan urheilututkimus tuodaan yhteen, suomalaiset yritykset tulevat jatkossakin tekemään kiinnostavia puettavan teknologian ratkaisuja urheilua varten.

Katso myös:

Puettava teknologia – VTT:n palvelut

Urheiluanalytiikkaseminaarin 15.6.2016 esitykset

Tietoa HILLA Sports Technology Growth Mill -urheiluseminaarista 5.7.2016