Selluloosasta tehty viskoosi on vanha tuttu vaatteiden materiaali, mutta nyt parempaa ja pehmeämpää kuitua tehdään ympäristöystävällisemmin sekä kätevämmin entsyymien avulla.
Tampereen teknillisessä yliopistossa on kehitetty Biocelsol-menetelmää jo 1990-luvun puolivälistä alkaen erilaisissa projekteissa.
Manselaisittain hanke on nimeltään "puusta pipaksi" ja mukana sellusta lankaa ovat tekemässä suomalaisia ja ruotsalaisia sellunvalmistajia, kuituvalmistaja Avilon Oy, neuletehdas Nevil Oy ja kuitukangasvalmistaja Suominen Oyj sekä tutkimuskumppaneina VTT ja Aalto-yliopisto.
Valmistusprosessi alkaa liukoselluloosa-arkeista. Se on lähes samaa kuin paperin raaka-aine, vain vähän pidemmälle jalostettua.
"Olemme käyttäneet koivua, mäntyä, kuusta, pyökkiä tai eukalyptusta, mutta tekstiilin raaka-aineeksi sopii mikä tahansa puulaji, eikä se vaikuta valmiin tuotteen ominaisuuksiin", sanoo TTY:n materiaalitekniikan laboratorion projektitutkija Taina Kamppuri.
Liukosellu biomuokataan entsyymeillä muotoon, jossa se voidaan liuottaa vesipohjaiseen nesteeseen. Juuri tämä vaihe erottaa TTY:n menetelmän perinteisesti käytetystä: myös muuntokuitu viskoosi valmistetaan sellusta, mutta sen valmistuksessa käytetään ihmisille ja ympäristölle erittäin myrkyllistä ja räjähdysherkkää rikkihiiltä.
"Biocelsol-prosessissa rikkihiili on korvattu entsyymeillä. Täysin myrkytön tämäkään prosessi ei ole, mutta huomattavasti ympäristöystävällisempi ja turvallisempi kuin rikkihiilikäsittely, jonka aiheuttamat haju- ja terveyshaitat ulottuvat vaatteiden valmistusvaiheeseen saakka. Rikkihiilikäsittelyyn verrattuna entsyymien avulla prosessissa säästetään myös aikaa."
Liuos saostetaan kuiduksi, kalvoksi tai partikkeleiksi. Biocelsol-kuitu kehrätään langaksi kuten viskoosi, perinteisellä rengaskehruumenetelmällä.
Erilaisia kuituja mikroskooppikuvissa: vasemmalla puuvilla, keskellä viskoosi ja oikealla Biocelsol
Metsä päihittää vaatteiden materiaalina niin puuvillan kuin tekokuidutkin.
Puuvillan viljely vie peltopinta-alaa ruuantuotannolta, vaatii valtavasti kemikaaleja ja aiheuttaa jopa suuremman vesijalanjäljen kuin fossiilisista lähtöaineista tehdyt kuidut. Suomalainen metsä taas kasvaa nopeammin kuin sitä hakataan.
"Sellupohjainen vaate ei sähköisty, mutta imee kosteutta, joten tekokuituihin verrattuna se on iholla miellyttävä", sanoo yliopistotutkija Johanna Lahti.
"Lisäksi se on pehmeä, laskeutuva ja lämmin. Valmistusvaiheessa Biocelsol-kuitu on helpompi värjätä kuin viskoosi tai puuvilla. Vaatteiden lisäksi se sopii myös pyyhintä- ja hygieniatuotteiksi."
Puun hyödyntäminen kiinnostaa nyt sekä Suomessa että Euroopassa. Metsäyhtiöt osallistuvat uusien puupohjaisten materiaalien tutkimusprojekteihin mielellään, mutta tekstiiliteollisuus ei ole niiden ydinliiketoimintaa.
"Biocelsol-prosessi toimii sellusta valmiiseen tekstiiliin saakka. Tähän saakka kaikki on tehty laboratoriossa käsityönä, joten teollisen prosessin kustannuksia on vaikea arvioida. Nyt tarvittaisiin rohkeita yrityksiä skaalaamaan prosessi", sanoo Lahti.
"Sata kiloa kuitua päivässä tuottava pilottilinja antaisi meille mahdollisuuden selvittää prosessin todelliset kustannukset ja lopputuotteen hinta", jatkaa Kamppuri.
"Ja yrityksille saataisiin kehrättyä lankaa, jota ne voivat itse kokeilla neulekoneissa."
Kamppurin ja Lahden mukaan valmiille langalle löytyisi loppukäyttäjiä helpostikin. Myös kuluttajista yhä useampi haluaa alkuperältään ja raaka-aineiltaan ympäristöystävällisen ja eettisen tuotteen.
Lisää puukuidusta voi lukea mm. VTT:n sivuilta.
Juttu on Kati Vastamäen kirjoittama TTY:n tiedote hieman editoituna. Kuva: Mika Kanerva
Tuore tutkimus auttaa tekemään parempia, nopeampia ja edullisempia moniantennisysteemeitä. Siitä on paljon iloa meille kaikille, vaikka äkkiseltään ei tule sitä ajatelleeksi.
Käytät tietämättäsi koko ajan hyvin erilaisia antenneja. Matkapuhelimessa on montakin sellaista, ja vaikka taskussasi ei olisi kännykkää, nautit lähes koko ajan palveluita, jotka puolestaan käyttävät paljonkin tiedonsiirtoa – joka puolestaan käyttää antenneja.
Tulevaisuudessa antenneja käytetään vieläkin enemmän, koska jokainen langatonta tiedonvälitystä käyttävä laite vaatii antennin – kenties jopa useamman.
Mitä enemmän antenneja on ja mitä suurempaa tiedonsiirtonopeutta halutaan käyttää, sitä hankalammaksi tällaisen antennisekamelskan hallitseminen on. Onneksi Tampereen teknillisen yliopiston tutkija, diplomi-insinööri Aki Hakkarainen on pohtinut asiaa väitöstyössään.
Tarkalleen ottaen hän on kehittänyt uusia menetelmiä moniantennilaitteiden tarjoamien tiedonsiirtonopeuksien kasvattamiseen kustannustehokkaasti.
Digitalisaation ja esineiden internetin myötä tarve antenneille kasvaa räjähdysmäisesti lähitulevaisuudessa. Jotta kasvu olisi mahdollista, antennien määrää on lisättävä esimerkiksi matkapuhelinverkkojen tukiasemissa ja langattoman lähiverkon laitteissa.
Moniantennijärjestelmät pystyvät tarjoamaan huomattavasti suurempia tiedonsiirtonopeuksia, mutta suurempi määrä antenneja ja niihin liittyvää elektroniikkaa tuovat kuitenkin mukanaan lisävaatimuksia.
"Elektronisten komponenttien halutaan olevan mahdollisimman halpoja", toteaa Aki Hakkarainen ja jatkaa: "Halvalla saa kuitenkaan harvoin hyvää: vastaanotettujen signaalien laatu voi heikkolaatuisten komponenttien vuoksi heiketä merkittävästi. Tämän seurauksena moniantennilaitteista ei saadakaan irti odotettua hyötyä kokonaisuudessaan."
Hakkarainen tutki väitöstyössään, miten elektroniikassa vääjäämättä esiintyvät epätäydellisyydet vääristävät signaaleja moniantennijärjestelmissä. Saavutettujen mallien avulla hän kehitti menetelmiä signaalilaadun parantamiseksi digitaalisella signaalinkäsittelyllä.
"Laitevalmistajien kannalta on erittäin edullista, että tarvittava signaalilaatu ja tiedonsiirtonopeus pystytäänkin takaamaan digitaalisesti. Tällöin pienet epätäydellisyydet käytettävässä elektroniikassa eivät haittaa. Kun uudet menetelmät pystytään vielä sujuvasti sulauttamaan osaksi nykyäänkin laitteissa tehtävää laskentaa, niin tämän ratkaisun hyödyt ovat selvästi haittoja suuremmat."
Tulokset auttavat osaltaan toteuttamaan uusia moniantennijärjestelmiä, jotka mahdollistavat yhä vaativampien sovellusten käyttöönottoa.
"Esimerkiksi automatisoidut tehtaat, itse ajavat autot ja virtuaalitodellisuussovellukset asettavat erittäin suuria vaatimuksia tiedonsiirtonopeuksille ja käyttäjämäärille", sanoo Hakkarainen.
"On selvää, ettei tällaisia palveluita voida toteuttaa langattomasti ja kustannustehokkaasti ilman luotettavasti toimivia moniantennijärjestelmiä."
Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-3877-3
Juttu perustuu TTY:n tiedotteeseen. Otsikkokuva: Flickr / Peter Roberts
Suomen oma tunnus internetissä on FI, eli Suomeen rekisteröidyt verkkotunnukset päättyvät fi-kirjaimiin. Tätä tunnusta on käytetty nyt 30 vuotta – joskin sen alussa sen käyttö oli loppua saman tien, koska eräs ensimmäisistä hakkerointiyrityksistä netissä tehtiin saman tien yhteyden avauduttua Yhdysvaltojen salaisiin tietokoneisiin.
30 vuotta sitten, vuonna 1986, ei Suomella ollut vielä Internet-yhteyttä – mutta ei ollut monilla muillakaan valtioilla. Internet oli tuolloin oikeastaan vain yliopistojen välillä ollut tietoverkko, ja se rajoittui 1980-luvun puoliväliin saakka käytännössä Yhdysvaltoihin.
Eurooppaan internet tuli Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNin kautta, mutta piskuinen Suomi sekä muut Pohjoismaat olivat myös heti noista ajoista alkaen mukana menossa, koska täällä oli varsin hyvä kansallinen yliopistojen tietoverkko NORDUNET ja täältä tietoliikennetekniikan tutkijoilla oli hyvät yhteydet Yhdysvaltoihin, internetin alkujuurille.
Suomen oman kansallisen tietoverkon solmukohta oli Tampereen teknillinen yliopistossa, silloinen Tampereen teknillinen korkeakoulussa, joka toimi siksi virallisesti fi-domainin perustamis- ja hallintaoikeuksien hakijana. Asiasta päätti silloin internetin nimopalveluja hallinnut Stanford Network Information Center, mistä tunnusta haettiin.
Aloitteen fi-domainin hankkimisesta teki TTY:n silloinen tietotekniikan apulaisprofessori Juha Heinänen. Hänellä oli tutkijakontakteja Yhdysvaltoihin, joten hänellä oli tietoa ja näkemystä tietoverkkojen kehityksestä.
Ensimmäisenä .fi-tunnuksena rekisteröitiin tut.fi, Tampere University of Technology, ja toisena hut.fi, Helsinki University of Technology.
"Fi-domain antoi mahdollisuudet hankkia verkkotunnukset, ja suomalaiset sähköpostiosoitteet muutettiin .fi-muotoon", kertoo professori Hannu-Matti Järvinen TTY:n tietotekniikan laitokselta. Järvinen piti yllä alkuaikoina Suomen nimipalvelinta.
Pohjoismaat olivat huomattavasti edellä muuta Eurooppaa internetiin liittymisessä, sillä 1980-luvulla suuri osa Eurooppaa oli rakentamassa omia verkkojaan erilaisen protokollan ympärille. Tästä kiinni pitäminen sai aikaan sen, että monissa suurissa keskisen Euroopan maissa inrnet alkoi yleistyä vasta 1990-luvun lopulla.
Kunnia Suomen edistyksellisyydestä lankeaa suurelta osi myös fi-domainin hankkimisen käynnistäneelle Juha Heinäselle.
"Hänen ansiotaan oli, että Funet alkoi tukea myös amerikkalaista internetprotokollaa Euroopassa käytetyn X.25-tietoliikenneprotokollan lisäksi. X.25:n käyttö hiipuikin pian internetin vakiinnuttua", Järvinen kertoo.
Järvinen ylläpiti itse alkuaikoina Suomen nimipalvelinta. TTY hallinnoi fi-tunnuksia vuoteen 1993 asti, mikä oli luontevaa, sillä käyttäjät olivat lähinnä akateemisesta maailmasta ja Tampere oli verkon solmukohta.
Kun internet alkoi avautua akateemisen maailman ulkopuolellekin, perustettiin vuonna 1993 Suomen internet-palveluntarjoajien yhdysliikennettä hallinnoimaan FICIX ry., jolle fi-pääte myös siirrettiin. Siltä tunnus siirtyi Viestintävirastolle 1997.
Syyskuusta 2016 lähtien fi-päätteiset verkkotunnukset on haettava rekisteröidyiltä verkkotunnusvälittäjiltä. Samalla kansalliset fi-tunnukset tulivat avoimiksi kaikille hakijoille, olivatpa he Suomesta tai ulkomailta.
Vaikka tunnus Suomelle saatiinkin 30 vuotta sitten, liittyi Suomen kansallinen tietoverkko internetiin vasta marraskuussa 1988.
Suomalaisten korkeakoulujen keskustietokoneet oli yhdistetty kansalliseen Funet-verkkoon (Finnish University Network), jonka tehtävä oli ylläpitää yliopistojen sähköpostipalveluja. Samalla kertaa Suomen kanssa internetiin liitettiin koko Pohjoismaiden kansalliset verkot yhdistänyt NORDunet-tutkimusverkko.
"Käytännössä Suomen internet-yhteys koukkasi Tukholman kautta ja 64 kilobitin linja riitti koko Suomelle", Hannu-Matti Järvinen nauraa.
Pohjoismaiden internet-yhteys katkaistiin yllättäen joulukuussa 1988, vain parin viikon käytön jälkeen.
Syyksi paljastui se, että amerikkalaiset olivat havainneet tietomurtoyrityksen Los Alamosin ydintutkimuskeskuksen palvelimelle. Yhteys palautettiin Pohjolaan parin päivän päästä, mutta Suomi pysyi suljettuna.
"Hakkerointiyritys oli tehty Jyväskylästä. Olimme asiasta tietysti hyvin kiukkuisia, ja tapahtunutta selvitettiin Yhdysvaltoja myöten. Lopulta yhteys palautettiin parin viikon kuluttua."
Tietoverkot kehitettiin alun perin sotilastarkoituksiin. Seuraavaksi ne levisivät yliopistojen ja tiedeyhteisöjen käyttöön. Internet oli vain yksi aikanaan olleista tietoverkoista, mutta tämä TCP/IP -protokollaa käyttänyt verkko laajeni ja muuttui vähitellet maailmanlaajuiseksi.
Tietoverkon tehtävä aluksi oli vain toimia tiedonsiirtoväylänä
"Vuonna 1986 World Wide Webista ei osattu edes uneksia", muistelee Hannu-Matti Järvinen.
"Silti internet oli merkittävä kehitysaskel, kun muistetaan, miten silloin kommunikoitiin. Vielä 80-luvulla tutkijat kirjoittivat paljon kirjeitä. Kirje matkasi Atlantin taakse viikossa, joten vastausta sopi odottaa aikaisintaan kahden viikon kuluttua."
"Puhelinlinjoilla modeemien avulla siirtyneet sähköpostit olivat iso edistysaskel kirjeisiin verrattuna. Viesti Yhdysvaltoihin siirtyi noin vuorokaudessa. Ensin oli kuitenkin selvitettävä polku omalta koneelta vastaanottajalle erityisen sähköpostikartan avulla. Solmukohtia olivat mannerten keskuskoneet, Euroopassa mcvax ja USA:ssa decvax. Suomalaisille tärkeä etappi oli myös Ruotsin keskuskone enea."
Internet-yhteyden avauduttua sähköposti tavoitti vastaanottajan enää vain muutamassa minuutissa.
Suomen edistyksellisyys nettimaailmassa näkyy edelleen siinä, että monet suomalaistutkijat ovat käyttäneet sähköpostia 1980-luvun loppupuolelta alkaen, kun kollegat esimerkiksi Keski-Euroopasta ovat olleet vuosikymmenen – tai jopa enemmän – myöhässä. Yhä edelleen suomalainen tietoverkko Funet on maailman huippua nopeudessa ja luotettavuudessa.
Jutun pohjana on Tampereen teknillisen yliopiston tiedote.
Tampereella kehitetty uudenlainen kvanttifysiikan arpeutumisteoria auttaa selittämään aiempia tuloksia ja osoittaa jälleen kerran sen, että vaikka kvanttimekaniikka tuntuu usein toimivan arkijärjen vastaisesti, se kuitenkin toimii. Ja hyvin.
Tutkijatohtori Perttu Luukko ja professori Esa Räsänen Tampereen teknillisestä yliopistosta tutkivat paikallisten häiriöiden vaikutusta nanomittakaavan puolijohderakenteisiin, ja huomasivat suureksi yllätyksekseen, että häiriöt tuottivatkin säännöllisiä rakenteita kvanttimekaanisiin ominaistiloihin.
Löytöä alettiin pähkäillä yhteistyössä Harvardin yliopiston, Massachusettsin teknillisen yliopiston – kuuluisan MIT:n – ja Tulanen yliopiston tutkijoiden kanssa, ja tulokset julkaistiin marraskuun lopussa Scientific Reports -artikkelisarjan numerossa.
Tarkempi tutkimus paljasti, että kyseessä on uudenlainen esimerkki kvanttiarpeutumisesta eli ilmiöstä, jossa klassisen mekaniikan mukaiset jaksolliset liikeradat jättävät jäljen vastaavan kvanttimekaanisen järjestelmän käyttäytymiselle keskeisiin niin kutsuttuihin ominaistiloihin. Häiriöiden aiheuttamat arvet ovat tavanomaista yleisempiä ja voimakkaampia, mikä raottaa ovea myös sovelluksille.
Erikoista häiriöiden aiheuttamassa arpeutumisessa on, että voimakkaita arpia muodostuu kosolti, vaikka häiriöt olisi ripotettu järjestelmään satunnaisesti.
"Arkijärjellä ajateltuna satunnaisten häiriöiden ei pitäisi tuottaa säännöllisyyttä, vaan sen vastakohtaa, satunnaista puuroa", Perttu Luukko kertoo.
"Kvanttimekaniikan ja klassisen mekaniikan välinen yhteys voi saada järjestelmän kuitenkin suosimaan säännöllisiä, klassisen fysiikan mukaisia muotoja. Tämä on hyvä uutinen sovelluksille, koska säännöllisen radan voi valjastaa käyttöön paljon helpommin kuin satunnaisen puuron, Koska arvet toimivat hiukkasten liikettä ohjaavina kanavina, aiheuttamalla arpeutumista paikalliset häiriöt vaikuttavat kvanttimekaanisten hiukkasten kulkeutumiseen yllättävällä tavalla. Tietokonesimulaatioissa hiukkasta esittävä kvanttimekaaninen aaltopaketti pysyy, arpien avustamana, paremmin radallaan kulkiessaan häiriöitä sisältävän järjestelmän läpi kuin ilman häiriöitä."
"Kvanttimekaniikka on totuttu yhdistämään monenlaisiin arkijärjen nyrjäyttäviin ilmiöihin. Nyt tähän listaan voidaan lisätä se, että hiukkaset saattavat seurata tiettyä rataa paremmin, kun niiden tielle on asetettu satunnaisesti esteitä."
Arpien hiukkasia ohjaava vaikutus saatetaan tulevaisuudessa valjastaa sovelluksiin, joissa nanomittakaavan laitteen sähkönjohtavuutta voimistetaan ja kontrolloidaan luomalla järjestelmään paikallisia häiriöitä. Yhtä lailla ilmiö saattaa jo nyt vaikuttaa paikallisia häiriöitä sisältävien kvanttijärjestelmien käyttäytymiseen, ja siten vastalöydetty teoria saattaa auttaa selittämään jo olemassa olevia tuloksia.
Luukon ja Räsäsen mukaan tie käytännön sovelluksiin on vielä pitkä, mutta se on valtaisasti lyhyempi nyt kuin ennen arpeutumisen teorian paljastamista. Tutkimusta laajennetaan nyt esimerkiksi kvanttipisteisiin, joista arpia hyödyntämällä voidaan suunnitella uuden sukupolven transistoreita.
Juttu on Tampereen yliopiston tiedote hieman editoituna.
Nykyaikainen tiedonvälitys ja -tallennus käyttää hyväkseen runsaasti valon ja aineen vuorovaikutusta. On kyse sitten DVD-levyistä tai optisista kuiduista, niiden toiminta perustuu valon ja aineen yhteistoimintaan. Kun tutkijat tavoittelevat yhä nopeampia yhteyksiä ja suurempaa tallennuskapasiteettia, katsotaan nyt uuteen suuntaan: orgaanisiin materiaaleihin.
Tulevaisuuden tiedonvälityksessä käytetään paljon nykyisiä tekniikoita enemmän orgaanisia materiaaleja, koska ne reagoivat poikkeuksellisen voimakkaasti valoon.
Lisäksi orgaanisten aineiden etuja ovat edullisuus, helppo mekaaninen työstettävyys sekä ominaisuuksien räätälöitävyys aina molekyylitasolta lähtien.
Tampereen teknillisessä yliopistossa ensi perjantaina väittelevä Matti Virkki on paneutunut erityisesti supramolekulaarisiin materiaaleihin.
"Supramolekulaarisissa materiaaleissa molekyylit vuorovaikuttavat keskenään halutulla tavalla", kertoo Virkki. "Valjastin nämä vuorovaikutukset palvelemaan aineen uudelleenjärjestäytymistä, kun siihen kohdistetaan valoa."
Aineen molekyylitason järjestys määrää suurelta osin miten valon ominaisuudet muuttuvat sen edetessä kyseisessä aineessa. Valolla aikaansaatu uudelleenjärjestäytyminen saa valon käyttäytymään aineessa eri tavalla. Lopputulos on siten valolla ohjattu materiaali valon hallintaan.
"Supramolekulaaristen vuorovaikutusten ymmärtäminen auttaa kehittämään materiaaleja, jotka muokkaavat valon ominaisuuksia entistä voimakkaammin ja nopeammin. Ennen kaikkea lähestymistavan etuna on kemiallisen synteesin yksinkertaistuminen: Aiempaa pienemmät rakenneosat muodostavat itsestään halutun rakenteen, kun ne sekoitetaan keskenään."
Tarkemmin sanottuna Virkin työmaana on epälineaarinen optiikka. Esimerkkejä tämän sovelluksista ovat valon värin muuttaminen uusien lasereiden valmistuksessa sekä valon modulointi eli muokkaaminen suurella taajuudella tiedonvälitystä varten.
Virkin fysiikan alaan kuuluvaan väitöskirjaan Supramolecular Materials for Photocontrolled Optical Nonlinearity (Supramolekulaarisia materiaaleja valolla ohjattuun epälineaariseen optiikkaan) voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-3825-4
Juttu perustuu Tampereen teknillisen yliopiston lähettämään tiedotteeseen.
Äänen havaitseminen ei ole vaikeaa roboteille, mutta äänen sisällön ymmärtäminen on. Siksi tamperelaistutkijat ovat keränneet tietokannan arkisista äänistä ja avasivat sen myös muiden tutkijoiden käyttöön.
Tampereen teknillisen yliopiston Audiotutkimusryhmä on tallentanut jokapäiväisiä ääniä tietokantaa varten Tampereella ja Helsingissä. Ääniä kerättiin kaikenlaisissa tavallisissa ympäristöissä, kuten puistoissa, kaduilla, kodeissa, toimistoissa, kaupoissa sekä ravintoloissa.
Mukana on esimerkiksi ohi ajavien autojen ääniä, kävelevien tai puhuvien ihmisten ääniä, lintujen laulua sekä lasten ääniä.
Tietokanta auttaa kehittämään automaattista äänten tunnistusta, mikä puolestaan auttaa tekemään kuulevia laitteita, kuten kännyköitä, itseohjautuvia autoja ja robotteja.
"Kuulevat laitteet ymmärtävät, mitä niiden kuulemat äänet tarkoittavat, ja osaavat esittää siihen perustuvaa tietoa käyttäjälle", selittää tutkijatohtori Annamaria Mesaros TTY:n signaalinkäsittelyn laitokselta.
"Käyttökohteita voi keksiä laajasti, esimerkiksi kuulovammaisten hälytysjärjestelmät kotiympäristössä sekä vaikkapa melulähteiden tai syrjäisten lintupopulaatioiden monitorointi."
Julkaistu tietokanta on suurin arkisten äänten tietokanta, sillä siinä on miltei kymmenen tuntia ääntä. Tietokanta on avoin kaikille tutkijoille, jotka haluavat käyttää sitä työssään.
"Tietokanta tulee olemaan tärkeä tutkimusyhteisölle", jatkaa Mesaros.
"Näin suurta kokoelmaa ei ole aiemmin ollut saatavilla, sillä aineiston kerääminen ja nimikoiminen vaativat paljon aikaa ja työtä."
"Osa tietokannan äänityksistä on annotoitu eli nimikoitu erityisen tarkasti niin, että yksittäiset äänilähteet sekä niiden tapahtumahetket äänitteistä on tunnistettu Tämän tyyppiset yksityiskohtaiset annotaatiot mahdollistavat tarkkojen automaattisten tunnistusmetodien kehityksen."
Tietokannan julkaisun myötä TTY tukee datan avointa saatavuutta ja edistää yhteistyötä muiden alalla tutkimusta tekevien instituutioiden kanssa.
Audiotutkimusryhmä järjestää lisäksi kansainvälisen kilpailun, jolla se tukee alan huipputekniikan kehitystä ja uusia innovaatioita. Kilpailuun liittyvä työpaja järjestetään Budapestissä syyskuun alussa. Kilpailu ja työpaja järjestetään yhteistyössä brittiläisten Queen Mary University of Londonin ja University of Surreyn sekä ranskalaisen Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes -instituutin kanssa.
Parhaan äänten tunnistusmenetelmän palkinnosta kilpailee yli 150 osallistujaa 79 kansainvälisestä yliopistosta ja yrityksestä.
"Jännittävää nähdä, millaisia tunnistusmenetelmiä keräämämme tietokanta on poikinut", Mesaros toteaa.
Artikkeli perustuu Tampereen teknillisen yliopiston tiedotteeseen.
Robotit tulevat arkipäiväämme nopeammin kuin olemme osanneet kuvitellakaan. Huimat loikat eteenpäin etenkin tekoälyssä, konenäkössä ja automaattisessa oppimisessa tekevät uudenlaisten, oppimaan kykenevien palvelurobottien esiinmarssin mahdolliseksi jo ihan lähiaikoina.
Vielä jokin aika sitten ajateltiin, että kotirobotit ovat todellisuutta vasta sitten, kun nykynuoret ovat ehtineet eläkeikään.
Mutta nyt Tampereen teknillisen yliopiston signaalikäsittelyn laitoksen Associate Professor Joni Kämäräinen heittää ilmaan jo rohkeamman arvion: "Robotit tulevat koteihimme jo 10–15 vuodessa, jopa nopeammin".
Eikä kyse ole vain tyhmistä imuriroboteista, vaan älykkäistä robottikavereista. Nyt suunnitteilla oleviin lemmikkien kaltaisiin palvelrobotteihin verrattuna takavuosien koirarobotit ovat hyvin alkeellisia. Nehän osasivat oikeastaan vain pyörittää silmiään, istua ja näyttää söpöiltä.
"Robottikaverit ovat vähän hassuja mutta älykkäitä, vähän samaan tapaan kuin Harry Potterin Dobby-kotitonttu", selittää Kämäräinen.
"Niillä on samat aistit kuin meillä: ne tuntevat, näkevät ja kuulevat, ja niille voidaan kehittää myös hajuaisti.
Aluksi ne katselevat mitä teemme, ja sitten ne alkavat täyttää tiskikonetta ja imuroida. Ne huolehtivat asioista ja katsovat lasten perään. Kun tulemme kotiin töistä, kaikki paikat ovat kunnossa."
Tulevaisuuden tietokoneita ei ohjelmoida, vaan ne koulutetaan. Samaan tapaan tekoälyn avulla robotteihin ohjelmoidaan oppimiskyky. Elleivät ne heti osaa tehdä jotain, ne voivat opetella sen kokeilemalla – vastaavasti kuin pikkulapsi opettelee juomaan mukista.
"Robotit osaavat myös kommunikoida keskenään. Ne kysyvät toisiltaan neuvoja robottien oman, rinnakkaisen internetin kautta. Ja mikä parasta: kun yksi robotti on oppinut vaikkapa keittämään kahvia, se voi kertoa asiasta muille. Pian sen jälkeen kahvi porisee kaikissa robotin ja kahvinkeittimen omistavissa kodeissa maailmalla."
Kuva: Aldebaran Robotics yhtiön kehittämiä Nao-robotteja.
TTY:n signaalinkäsittelyn laitos osallistuu parhaillaan Suomen Akatemian rahoittamaan strategiseen Robotit ja hyvinvointipalvelujen tulevaisuus (ROSE) -hankkeeseen. Siinä tutkitaan robottien käyttöä osana ikääntyvän väestön terveydenhuollon palveluita erityisesti palvelutaloissa.
Kuusivuotisessa hankkeessa tutkitaan robotteja myös laajempana ilmiönä ja osana tulevaisuuden yhteiskuntaa. Hankkeen muina osapuolina ovat Aalto-yliopisto, Laurea Ammattikorkeakoulu, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Tampereen yliopisto ja VTT. TTY:llä paneudutaan erityisesti robottinäön käyttöön autonomisissa kotiroboteissa.
"Monialaisessa ROSE-hankkeessa ainutlaatuista on se, että humanistit ja insinöörit työskentelevät rinta rinnan", Kämäräinen kertoo. "Humanistit saavat nähdä mihin teknologia pystyy, ja me insinöörit pääsemme näkemään mikä on sosiologien, filosofien ja etiikan eksperttien näkökulma robotteihin."
Jos palvelutalon asiakkailta kysytään, ottaisivatko he mieluummin seurakseen ihmisen, kaikki vastaisivat myöntävästi. Mutta Kämäräisen mukaan robotit voivat pian tuoda vanhusten ja ikääntyneiden hoitoon lisäturvaa ja hyödyllisiä lisäkäsiä, jotka eivät maksa paljoa.
Robottien tulo muuttaisi palvelutalon hoitajien työtapoja. Enää ei hoidettaisi kaikkia asukkaita järjestyksessä, vaan palveltaisiin ensin apua tarvitsevia.
"Jos palvelutalon asukas kaatuu, robotti voi kysyä häneltä onko hän kunnossa", selittää Kämäräinen.
"Mikäli vastaus on ei, robotti voi soittaa sairaanhoitajalle. Hoitaja voi puhua vanhukselle laitteen kautta ja nähdä saman tilanteen, jonka robotin silmät näkevät."
*
Artikkeli on lähes suoraan TTY:n sidoryhmälehti Rajapinnassa 2/2016 ilmestynyt juttu Palvelurobotteja koteihin ja terveydenhuoltoon ja sen on kirjoittanut Leena Koskenlaakso.
Ilmassa leijuvat, alle 100 nanometrin kokoiset pikkuhiukkaset ovat kuuma tutkimusalue, koska ne voivat pienen kokonsa vuoksi päätyä esimerkiksi suoraan hengitysilmasta ihmisen verenkiertoon. Diplomi-insinööri Anssi Arffman tutki väitöskirjassaan näiden aerosolihiukkasten koon mittauksessa käytettäviä alipaineimpaktoreita.
Aerosolihiukkaset ovat ovat nykyisin erittäin tärkeä tutkimusala, koska niillä on suuri osa mm. ilmastonmuutoksessa, erilaisissa teollisissa sovelluksissa ja fysiikan perustutkimuksessa, mikä lisäksi niillä on tuntemattomia, haitallisia terveysvaikutuksia.
Anssi Arffmanin väitöstutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää kaikilla näillä tutkimuksen osa-alueilla, koska aerosolihiukkasten koko on yksi olennaisista tekijöistä, joka määrää niiden käyttäytymistä fysikaalisissa prosesseissa.
"Esimerkiksi se, kasvaako aerosolihiukkanen pilvipisaraksi tai toimiiko se vettähylkivänä pintana, riippuu vahvasti hiukkaskoosta", Anssi Arffman kertoo.
Pilvipisaroita on ilmassa ja niillä on vaikutus esimerkiksi siihen, milloin ja miten ilman kosteus muuttuu sateeksi. Esimerkiksi otsikkokuvassa on pieniä meristä ilmaan nousseita suolahitusia, jotka muodostavat ilmassa ollessaan tiivistymisytimiä vesihöyrylle.
Materiaalitieteissä puolestaan tutkitaan innokkaasti erilaisia nanopinnoitteita, jotka ovat itse asiassa aerosoleja. Jos tarkkoja ollaan, niin aerosolit ovat ilmassa olevia erilaisia nanohiukkasia, eli kooltaan nanometrikokoa olevia hitusia.
Arffman tutki väitöstutkimuksessaan laskennallisin ja kokeellisin menetelmin aerosolihiukkasten koon mittauksessa käytettäviä alipaineimpaktoreita, eli alipainetörmäyttimiä.
Nimi tulee siitä, että laitteessa nanohiukkasia sisältävä aerosoli kiihdytetään suuttimessa ja suihku törmäytetään keräysalustaan, jolloin tiettyä rajakokoa suuremmat hiukkaset osuvat seinään ja rajakokoa pienemmät hiukkaset jatkavat matkaansa virtauksen mukana. Tällä tavoin aerosolihiukkaset saadaan luokiteltua kahteen eri kokoluokkaan.
"Pystyimme rakentamaan alipaineimpaktoreita, joilla on mahdollista kokoluokitella jopa alle 10 nanometrin kokoisia hiukkasia. Samalla voidaan mitata niiden kokojakaumaa sekä saada tietoa fysikaalisista ominaisuuksista, Arffman selittää.
Tutkimuksen keskeinen tulos on, että impaktorin geometriaa muokkaamalla voidaan vaikuttaa impaktorin resoluutioon eli siihen, kuinka hyvin se jakaa hiukkaset eri kokoalueisiin.
Lisäksi tietokonesimulaatioiden avulla osoitettiin, että hyvä resoluutio tarjoaa myös tasaiset törmäysolosuhteet hiukkasille, jolloin niiden törmäysnopeutta voidaan hallita erittäin tarkasti. Tulosta sovellettiin tutkimalla hopeahiukkasten pomppausherkkyyttä pinnoilta, joka antaa tietoa hiukkasen ja pinnan välisestä vuorovaikutuksesta.
"Tulos on oiva esimerkki laskennallisen ja kokeellisen tutkimuksen yhdistämisestä, sillä ilman molempia lähestymistapoja ei pomppausherkkyyttä nanohiukkasille pystytä määrittämään", Arffman sanoo.
*
Anssi Arffmanin väitöskirja Numerical and experimental study on inertial impactors (“Inertiaali-impaktorien laskennallinen ja kokeellinen tutkimus”) tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston luonnontieteiden tiedekunnassa ensi perjantaina 19.2.2016.
Tässä artikkelissa on käytetty materiaalina TTY:n lähettämää tiedotetta.
Otsikkokuva: NASA / GSFC
Tampereella käynnistetään hanke, missä kehitetään menetelmää tuoksujen digitointiin.
Tampereen yliopiston ja Tampereen teknillinen yliopiston yhteisessä Digital Scents (DIGITS) -tutkimushankkeessa kehitetään järjestelmäprototyyppi, jossa keinotekoinen hajuaisti mittaa ja muuntaa tuoksuja numeeriseen muotoon, minkä jälkeen tuoksut voidaan tuottaa uudelleen tarkoin hallittavalla itseoppivalla tuoksusyntetisaattorilla.
Näin tuoksuja voidaan tulevaisuudessa syntetisoida aistittaviksi digitaalisen kommunikaatioverkon avulla ihmisille ja jopa toisille koneille ympäri maailman. Työ luo pohjaa järjestelmille, jotka voivat reaaliajassa välittää tuoksuaistimuksia ja -kokemuksia kaikkialle maailmaan.
Sähköisiä neniä käytetään toistaiseksi tutkimuksen lisäksi mm. teollisuudessa ja laaduntarkkailussa, mutta elektronisilla tuoksutekniikoilla on varsin suuria mahdollisuuksia myös viihteessä, käyttöliittymissä ja ihmisen sekä tekniikan vuorovaikutuksessa tulevaisuudessa.
Nyt käynnistettävässä tutkimuksessa yhdistetään monitieteisesti korkean tason osaamista kemiallisesta aistimisesta, mikrofluidistiikasta, koneoppimisesta, psykologiasta, vuorovaikutteisesta teknologiasta ja alan suomalaisista yrityksistä. Työ kattaa tutkimuksen, kehitystyön, anturi- ja toimilaiteteknologioiden yhdistämisen ja järjestelmän testauksen ihmisillä.
Suomen Akatemia on myöntänyt Digital Scents -tutkimushankkeelle rahoituksen, joka kytkeytyy Suomen Akatemian ICT 2023 -tutkimusohjelman neljänteen teemaan Kehittyneet mikrosysteemit: älykkäistä komponenteista kyberfysikaalisiin systeemeihin.
Hankkeen vastuullinen johtaja on professori Veikko Surakka Tampereen yliopiston informaatiotieteiden yksiköstä, ja hän tutkimusryhmineen vastaa myös tuotettavien tuoksujen aistimiseen liittyvästä kokeellisesta tutkimuksesta.
Professori Jukka Lekkala Tampereen teknillisen yliopiston Systeemitekniikan laitokselta vastaa tutkimusryhmineen tuoksuja analysoivien teknologioiden kehityksestä.
Professori Pasi Kallio Tampereen teknillisen yliopiston Systeemitekniikan laitokselta vastaa tutkimusryhmineen itseoppivien tuoksusyntetisaattoriteknologioiden kehityksestä.
Tutkimuksen kansainvälinen yhtesityökumppani on professori Kalle Levon (New York University, School of Engineering) tutkimusryhmineen. Suomalaisina yritysyhteistyökumppaneina ovat Environics Oy ja Kenzen Oy.
Hankkeen kokonaisbudjetti on noin 1,3 miljoonaa euroa, josta Suomen Akatemian rahoitusosuus on noin 900 000 euroa. Vuoden 2016 alussa alkanut tutkimus kestää kaksi vuotta.
Kuva: Brian Barnett / flickr
Uutinen perustuu Tampereen yliopiston tiedotteeseen.
Astun ulos hissistä Tampereen teknillisessä yliopistossa ja edessäni on tyypillinen tutkimuslaitoksen käytävä: se on pitkä ja sen kummallakin puolella on ovia, joiden vieressä on nimikylttejä sekä erilaisia papereita seinälle kiinnitettyinä. On ilmoitustaulu, ikkuna käytävän päässä, porraskuilu vieressä sekä muutamia ihmisiä.
Pystyn hahmottamaan nopeasti ympärilläni olevat kohteet ja erottamaan niistä aiemmin näkemäni kuvan perusteella akatemiaprofessori Moncef Gabbouj’n, mutta kameran kautta maailmaa kuvaava tietokone olisi hyvin hämillään. Konenäöllä olisi vaikeuksia erottaa toimistojen ovia muista neliskanttisista kohteista ja ihmisiä toisistaan – saati yhdistää näkemänsä kuva muistissaan olevaan kuvaan tietystä henkilöstä.
Tämän vuoden lopussa akatemiaprofessorikautensa päättävä Gabbouj on erikoistunut epälineaarisiin digitaalisiin suotimiin, erityisesti haluttujen kohteiden löytämiseen videokuvasta sekä älykkäisiin hakupalveluihin.
Jo nyt kameroissa käytetään kasvontunnistusta ja hakukoneet voivat etsiä tietynlaisia kuvia, mutta Gabbouj haluaa tehdä tästä tarkempaa, nopeampaa ja arkisempaa, minkä lisäksi hän laajentaa hahmontunnistusta kaikkialle tiedonlouhintaan. Siihen tarvitaan matematiikkaa, joka yleistäen on sitä monimutkaisempaa, mitä helpommalta työn halutaan vaikuttavan.
“Kyse on yksinkertaisesti signaalinkäsittelystä ja algoritmeista, joilla tätä käsittelyä tehdään”, aloittaa Gabbouj työnsä selittämisen.
“Kehitimme aluksi tällä alalla erilaisia tekniikoita hahmontunnistukseen ja koneoppimiseen, joita olemme soveltaneet nyttemmin laajoihin tietomääriin ja niin sanottuun big dataan.”
Tällaisia tietokantoja ovat yhtäältä esimerkiksi kuva-arkistot kuten netissä olevat kuvat, toisaalta vaikkapa lääketieteelliset kuvat tai tutkahavainnot. Usein näissä on yksittäisiä tietoja, kuvia ja havaintoja niin paljon, että niiden valikoiminen yksittäin tietyn hakukriteerin mukaan ei ole käytännössä mahdollista. Äreimmätkään tietokoneet eivät onnistu siinä.
Siksi tietojen hakua voi auttaa älykkäillä algoritmeilla, jotka seulovat tietoja ja muodostavat löytämistään tiedoista kolmiulotteisen mallin, mistä matemaattisesti voidaan löytää kaikkein osuvimmat vaihtoehdot.
Siinä missä aiemmin hakua tehtiin avainsanojen avulla, pystyy tamperelaisten niin sanottu parvioptimointialgoritmi hahmottamaan tietoa ja löytämään siitä erilaisia määreitä. Näin esimerkiksi kuvahakua Pisan kaltevasta tornista tehtäessä tuloksena ei ole kaikenlaista kaltevaa, vaan vaikuttava määrä erilaisia kuvia juuri Pisan tornista.
Samaa menetelmää voi käyttää esimerkiksi syöpäkasvaimien tai pinnanmuotojen tunnistamiseen. Tuoreimmassa tutkimusohjelmassa menetelmää käytetään taloustietojen tunnistamiseen ja louhimiseen.
“Siinä missä aiemmin puhuimme vain kuvista, on nyt kaikki tieto kiinnostavaa. Pystymme käsittelemään raakadataa, kuvia, videota ja ääntä, joista oppiva algoritmimme pystyy etsimään haluttuja asioita. Lopulta voimme jopa ennustaa tietojen perusteella tulevaisuuteen.”
Tällainen ennustava systeemi on esimerkiksi sydänkäyrää tutkiva algoritmi, joka kykenee havaitsemaan sydänkohtauksesta varoittavat merkit jo ennalta, jolloin esimerkiksi älykelloon asennettuna se voi antaa hälytyksen ja pyytää kantajaansa lepäämään. Näin kohtaus ei tulekaan tai apu voi olla matkalla jo itse kohtauksen alkaessa.
Gabbouj’n tutkimusryhmä on kehittänyt myös oppivia algoritmeja, jotka esimerkiksi sydänkäyrän tapauksessa pystyvät sopeutumaan käyttäjän omaan sydämen lyöntityyliin – jokaisella se on omanlaisensa.
Lisää sovelluksia tällaisilla älykkäillä signaalikäsittelyä, hahmontunnistusta ja koneoppimista käyttävillä systeemeillä on vaikka kuinka: autonomisesti liikkuvien autojen ohjauslaitteiden kameroiden reaaliajassa ottamista kuvista pitää löytää nopeasti ja luotettavasti näkökentässä olevat kohteet ja valokuvia nettiin lataavia auttaisi huomattavasti älykäs ohjelmisto, joka löytäisi automaattisesti kuvassa olevat avainsanat.
Puolustus- ja turvallisuusviranomaiset ovat luonnollisesti myös hyvin kiinnostuneita järjestelmistä, jotka pystyvät seulomaan tehokkaasti suuria tietomääriä ja löytämään niistä haluttuja asioita.
Ei ihme, että tutkimusta tällä alalla tehdään nykyisin muuallakin kuin vain Tampereella.
Gabbouj kertoo, että aluksi hänen ryhmänsä lähinnä sovelsi muiden tekemiä algoritmeja ja kehitti niitä eteenpäin, kunnes ryhmä halusi ottaa hyppäyksen eteenpäin ja tehdä jotain aivan uutta.
Niinpä ryhmäläiset alkoivat katsoa rohkeasti muilla aloilla olevia matemaattisia sovelluksia. Erityisen kiinnostavaksi paljastui hiukkasfysiikka, ja etenkin Schrödingerin yhtälö. Se on kvanttimekaniikassa käytetty aaltoyhtälö, joka kuvaa hiukkasta ja sen olotilaa niin sanotun aaltofunktion avulla. Samaa menetelmää voi käyttää yksittäisten tietojen ja sen ominaisuuksien kuvaamiseen. Myös silloin, kun ei tiedetä ihan täsmälleen mitä ollaan etsimässä.
Myös fysiikassa käytetty menetelmä ison ongelman ratkaisemisesta osissa oli toimiva: tuloksena oli skaalattava algoritmi, joka luokittelee tietoa semanttisiin luokkiin.
Tamperelaisten keinoin onnistuttiin ratkaisemaan myös eräs neuroverkkojen – hermosolujen toimintatapaan perustuvien keinoälysysteemien – kompastuskivi: kahden spiraalin ongelma. Siinä on sisäkkäin kaksi pisteinä piirrettyä spiraalia, ja hahmontunnistuksen pitäisi erottaa ne toisistaan. Tehtävä ei ole helppo.
Sisäkkäisten spiraalien kanssa painiminen on tyypillinen tapaus ongelmasta, joka äkkiseltään kuulostaa kaiken maailman dosenttien harrastamalta teoreettiselta pohdiskelulta, mutta jolla onkin hyvin konkreettisia ja merkittäviä sovelluksia.
“Sovelluksia ei ole ilman perustutkimusta”, toteaakin Gabbouj ja jatkaa: “Perustutkimus on kuin uutta verta, mitä ilman emme voi tulla toimeen. Voimme kehittää sovelluksia ja parantaa menetelmiämme jonkin aikaa aiemman tiedon perusteella, mutta todella uusien asioiden löytäminen ja harppausten ottaminen eteenpäin tarvitsevat perustutkimusta. Sen merkitystä ei voi aliarvioida.”
Kuva: Moncef Gabbouj (keskellä) perjantai-iltana paikalla olleita tutkimusryhmän jäseniä.
Kun juttelemme Gabbouj’n kanssa, paiskoo ikkunan takana räntää marraskuiselta taivaalta. On jo pimennyt perjantaisen iltapäivän loppu.
Siitä huolimatta Signaalinkäsittelyn laitoksen huoneissa on vielä väkeä. Kun muualta tutkijat ja opiskelijat vetäytyvät viikonlopun viettoon, on Gabbouj’n ryhmästä vielä moni paikalla. Syynä ei ole suinkaan se, että professori olisi orjapiiskuri, vaan se, että ratkottavana on niin kiinnostavia ongelmia.
“Tämä ryhmä on eräs yliopiston kansainvälisimmistä, sillä meillä on 14:stä eri kansallisuudesta”, selittää itse Yhdysvalloista Tampereelle jo 25 vuotta sitten tullut Gabbouj.
“Professorina tuolloin ollut Yrjö Neuvo halusi kansainvälistää yliopistoa, ja palkkasi minut tänne perustamaan ohjelmaa ulkomaisia opiskelijoita varten. Sen jälkeen aloitimme koulutuksen englanniksi ensin peruskursseilla ja nykyisin kaikki opinnot voi suorittaa englanniksi.”
Nyt ryhmässä olevat eivät kuitenkaan ole tulleet Hervantaan vain englanninkielisen opetuksen vuoksi, vaan siksi, että signaalinkäsittelyssä se on eräs huipuista maailmassa.
“Tutkijat tulevat tänne etsimään haasteita ja tekemään tiedettä, ja annammekin heille mahdollisuuden rakentaa aivan uudenlaista tekniikkaa. He ovat motivoituneita ja tekevät kaikki työtä yhdessä erilaisista taustoista ja kulttuureista huolimatta.”
“Mutta aina välillä kyllä täytyy mennä ulos”, toteaa akatemiaprofessori ja katsoo kohti ikkunaa ja tämän talvikauden ensimmäistä räntää.
Kenties yksi syy työintoon on myös se, että sisällä labrassa on mukavaa, valoisaa ja lämmintä.
Juttu on julkaistu myös Suomen akatemian nettisivuilla.
Tiedetuubi © 2012-2024