TEADUS | Infrapunatehnoloogia aitab tuvastada puuliigi ja puidu päritolu

Kuidas kiiresti ja täpselt selgitada, kas troopikast pärinev puit on ebaseaduslik? Või mis puuliigiga on üleüldse tegu? Eesti Maaülikooli teadur Kaido Siimon arendab ainulaadset infrapunaspektrite analüüsimisel põhinevat metoodikat, millega saab tuvastada puuliigi ja puidu päritolu suure täpsusega kõigest mõne minuti jooksul.

Pikalt troopilises Indoneesias uurimistööd teinud, materjaliteadlase taustaga Eesti Maaülikooli metsanduse ja inseneeria instituudi teadur Kaido Siimon mõistab illegaalse puidukaubandusega keskkonnale tekitatava kahju suurust. Seepärast ongi talle hingelähedane teadustöö, mille eesmärk on luua vahendid ebaseadusliku puiduäriga võitlemiseks. Siimon arendab tehnoloogiat, mis võimaldab kiiresti ja väga usaldusväärselt tuvastada puidu liigi ja päritolu liigile iseloomulike soojuskiirguse neelduvusmustrite kaudu.

METSALEHT

„Euroopa Liidu puidumäärusega üritatakse tõkestada ebaseaduslikult üles töötatud puiduga kauplemist. Praktikas ei tööta see tõhusalt, kuivõrd puudub kiire ja usaldusväärne meetod ebaseadusliku puidu tuvastamiseks. Meie arendamegi lihtsasti kasutatavat tehnoloogiat, millega saab määrata puuliigi ja selle raiumise piirkonna. Toimiva tehnoloogiaga saame puuliigi määrata umbes kahe minutiga,“ selgitab Siimon.

Ainulaadne tehnoloogia

Puuliigi määramiseks kasutatakse maailmas mitmeid meetodeid ja uuritud on ka soojuskiirguse neeldumisel põhinevat liigi määramist, kuid üldiselt on nende rakendamisel tarvilik aeganõudev eeltöötlus. Tihti on vajalik ka proovi kahjustamine, näiteks tuleb töötlemata puidu asemel analüüsida saepuru. Maaülikoolis arendatakse maailmas ainulaadset tehnoloogiat, mida saab rakendada ilma igasuguse eeltöötluseta ja puitu kahjustamata kasvõi metsas või näiteks ELi siseneval laeval. See tehnoloogia on ülimalt täpne, kuna põhineb aastarõngastest moodustuval spektritemustril, mis igale puuliigile ainuomane.

Infrapunaspektritel põhineva tehnoloogia aluseks on teadmine, et iga puuliigi puit on ainulaadse keemilise koostisega, mis sõltub nii puidurakkudest kui ka puu kasvamise looduslikest tingimustest. Nii saadakse soojuskiirguse puidus neeldumise analüüsimisel igale puuliigile iseloomulik infrapunaspekter, kuna puuliigid neelavad eri lainepikkustega soojuskiirgust veidi erinevalt.

Asja muudab kirjumaks aga asjaolu, et saadavat spektrit mõjutavad pisut ka puu kasvukeskkonna tingimused. Näiteks Eestis ja Saksamaal kasvanud hariliku männi puidu puhul saaksime tõenäoliselt veidi erinevad infrapunaspektrid.

Ühelt poolt muudab see töö mahukamaks ja keerulisemaks, teisalt aga annab võimaluse tuvastada puidu kasvamise piirkonda. Näiteks on teada, et sanktsioneeritud Venemaa puittooted liiguvad Euroopasse kolmandate riikide kaudu, kuid hetkel on selle puidu päritolu väga keeruline tuvastada. Loodav tehnoloogia oleks siin abiks.

Infrapunaspektritel põhineva tehnoloogia aluseks on teadmine, et iga puuliigi puit on ainulaadse keemilise koostisega, mis sõltub nii puidurakkudest kui ka puu kasvamise looduslikest tingimustest.

Selleks, et puuliik ja piirkond oleksid aparaadiga tuvastatavad, on vaja vastavad spektrid masinale n-ö selgeks õpetada. See ongi praegu peamiselt Siimoni töö sisu. Nüüdseks on ta katsetanud Eestis levinud 20 puuliigiga, mille hulka kuulusid nii majanduslikult olulised liigid, aga ka viljapuu- ja põõsaliike. Puiduproovid pärinesid Kesk- ja Põhja-Eestist, kus valitsevad mõneti erinevad klimaatilised tingimused. Esialgsed tulemused on aga tõestanud, et tehnoloogia toimib ja eristab puuliike suurepäraselt.

Kasutatav ka mujal

„Liigi tuvastamiseks peab masinõpe hõlmama enamikku aastarõngaid nii lüli- kui maltspuidust,“ selgitab Siimon metoodilisi nüansse. „Meie valimis olid puud vanusega 10–60 aastat ja kõikides vanustes suudab arvuti kaheminutilise analüüsi tulemusel puuliigi tuvastada,“ on uurija rahul.

Selge, et maailma kõikide puuliikide infrapunaspektrite kirjeldamine oleks võimatu, kuid see pole ka eesmärk. „Meie plaan on keskenduda just majanduslikult olulistele puuliikidele,“ rõhutab Siimon. „Selleks on aga vajalik massiivse andmebaasi loomine, mis sisaldaks paljude puuliikide eri piirkondadest pärinevate puidunäidiste infrapunaspektreid aastarõngaste kaupa. Andmebaasides oleva info põhjal saab õpetada masinad puuliike tuvastama.“

Selleks, et puuliik ja piirkond oleksid aparaadiga tuvastatavad, on vaja vastavad spektrid masinale n-ö selgeks õpetada.

Arendatavat metoodikat saab rakendada ka teistes valdkondades. Näiteks arheoloogias aitaks see määrata muistse puidu liike, puidutööstuses aga saaks jälgida termiliselt või keemiliselt töödeldud puidu töötlusastet. „Tehnoloogiat saab kasutada liigi määramiseks ka mädanenud puidu puhul, kui masinat on selleks vastavalt õpetatud,“ lisab Siimon.

Kaido Siimoni teekond maaülikooli on olnud kirju. Tartu Ülikoolis omandas ta doktorikraadi materjaliteaduses, uurides želatiinist valmistatavaid nanokiudmaterjale, mida võiks rakendada meditsiinis nahakahjustustega patsientide ravimisel. Järeldoktorantuur möödus Siimonil aga Indoneesias, kus ta juhendas Myanmari doktorante ja uuris meditsiinis kasutamiseks arendatavaid süsinik-nanoosakesi. Maaülikooli jõudis ta Euroopa Liidu toetatava ja läbi Riigi Tugiteenuste Keskuse rahastatava sektoritevahelise mobiilsuse toetuse (SekMo), et rakendada nüüd oma teadmisi puiduteaduses.