Teadus- ja arendustegevuse (edaspidi lühidalt TA) eesmärk on saada uusi teadmisi või seniseid uudselt rakendada. Seda vajavad näiteks ettevõtted uue toote/teenuse väljatöötamisel või tööprotsesside täiustamisel. Kui ettevõttel kompetents puudub või seda jääb vajaka, saab TA-tegevust sisse osta.
Riigietaloni laborite teadus- ja arendustegevus – eesmärk ja tulem
Riigietaloni laborite teadus- ja arendustegevust koordineerib Eestis metroloogia keskasutus, mille funktsioone täidab AS Metrosert. Riigietaloni laborites tehakse teadus- ja arendustegevust neljas mõõtevaldkonnas: mass, pikkus, temperatuur ja elektrilised suurused. Laborite puhul on TA-tegevuse eesmärk riigietalonide mõõtevõime tõstmine ja mõõteulatuse laiendamine (tellijaks Majandus- ja kommunikatsiooni ministeerium), uue teenuse väljatöötamine või ettevõtete nõustamine uute toodete/teenuste arendamisel, mis hõlmab ka katsetusi. TA-tegevuseks mõeldud eesmärke saavutatakse projektipõhiselt. Üks projekt võib kesta ettevõtetega 1-6 kuud ning rahvusvahelised võivad kesta kuni kolm aastat.
Eesmärkide saavutamiseks on olulisim lähteülesande koostamine koostöös tellija(te)ga. TA-tegevuse tulem on uus teadmine, mis avaldatakse teaduspublikatsiooniga või kaitstakse patendiga. Samuti võib tulemuseks olla uus või täiendatud toode/teenus. Tavainimeseni jõuavad TA-tegevuse tulemused AS Metroserdi teenuste kaudu ning tellija uue või täiendatud toote kaudu.
Rahvusvahelised projektid ja olulised tulemused
Oleme osalenud paljudes erinevates projektides. Praegusel hetkel on käimas neli projekti erinevates valdkondades.
Üheks oluliseks TA-tegevuse tulemuseks on elektrilise võimsuse tugietaloni võimekuse tõstmine, mis parandab elektrienergia kvaliteedi mõõtmist ja toetab tavatarbijale müüdava elektrienergia mõõtmiste usaldusväärsust. Samuti on märkimisväärseks tulemuseks uue LED-etalonallika väljatöötamine, mis võimaldab uudsete luksmeetrite kalibreerimist ja kindlustab valgustatuse mõõtetulemused töökohtadel, olmeruumides, tänaval ja mujal. Nendel tulemustel on reaalne mõju ka tavainimestele.
Lähipiirkonnas ainulaadne teenus footonite allikate kalibreerimiseks
Huvitav projekt, mis Metroserdil on algamas rahvusvahelises koostöös, on seotud üksikute ja põimolekus footonite allikate täiustamise ja uurimisega. Nn tellitavate footonite ja põimolekus footonite allikad leiavad rakendust kvantkrüptograafias (tavakeeles interneti turvalisuse tagamisel), kvantarvutites (pidevalt kasvavate andmemahtude töötluse kiiruse tõstmiseks) kasutades väikseima valgusosakese – footoni fundamentaalfüüsikalisi omadusi (polarisatsioon, spinn, orbitaalmoment jt).
Oleme selle teemaga tegelenud juba üle 6 aasta, seni rohkem klassikalisest metroloogiast lähtudes, st püüdnud intensiivset valgusvoogu nõrgendada kuni madalate footonvoogudeni välja. Selleks oleme koos AALTO ülikooli ja Tšehhi metroloogiainstituudiga CMI välja töötanud ja katsetanud eriotstarbelisi seadmeid, nt nn tunnel-detektoreid, mille põhilisteks koostisosadeks on väikesemõõtmelised fotodioodid seadme töökiiruse tõstmiseks (vt pilt allpool). Metroserdi väljatöötatud nutikas tunnel-detektor teeb kolme asja ühekorraga: nõrgendab valgust ligi 1000 korda ja toimib samal ajal valguse polarisatsiooni ja stabiilsuse mõõtevahendina.
Selle aasta septembris alanud projekti käigus astuti Metroserdis samm edasi ja asuti madalate footonvoogude allikaid (single photon source, SPS) metroloogiliselt iseloomustama kasutades footonite teist järku korrelatsioonifunktsiooni ja jälgitavalt kalibreeritud kiiretoimelist fotodetektorit (vt skeemi allpool). Ülesanne on valdkondade ülene: kiirgav aatomvakants tuleb täpselt positsioneerida, mõõtesüsteemi temperatuur peab olema stabiilne ja detektorite elektriline signaali usaldusväärne registreerimine tagatud.
Tulemusena peaks sündima lähipiirkonnas ainulaadne teenus üksikute ja põimolekus footonite allikate kalibreerimiseks, milles on meile abiks AALTO ülikool, CMI ja Keemilise ja bioloogilise füüsika instituut KBFI.
Projekt kannab lühinime SEQUME (Single- and entangled photon sources for quantum metrology, 20FUN05) ja on kaasrahastatud Euroopa Liidu ja metroloogiaprogrammis EMPIR osalevate riikide poolt ja kestab kolm aastat.
Teadus- ja arendustegevus viie aasta pärast
Laiemalt vaadates muutuvad mõõtmised üha kompleksemaks, automatiseeritumaks, andmemahukamateks. Ettevõtetel on tungiv soov mõõtevahendite, sensorvõrkude ja mõõtesüsteemide metroloogilise usaldusväärsuse tagamiseks distantsilt ehk nn kaugkalibreerimise teel. Üha enam esitavad kliendid mõõteteenuste osutajatele nõudmisi tulemuste esitamiseks digitaalselt, mida saaks hõlpsasti integreerida mõõtevahendite ja -süsteemidega.
Üldiselt on viis aastat lühike aeg TA-tegevuse horisondis. Tavaliselt alustatakse lähteülesande ja prototüüpimisega.
Teenuse/toote lõplikuks valmimiseks on oluline mõõtevaldkondade vaheline tihe koostöö. Loodetavasti on Metroserdi TA-tegevus viie aasta pärast integreerinud kogu oma kompetentsi, et olla esirinnas Eestis ja kaasa rääkida rahvusvaheliselt põnevate mõõteprobleemide lahendamisel.
Autor: Toomas Kübarsepp, AS Metrosert Teadus- ja arendusdivisjoni juht