konenäkö

Algoritmi vakoilee sydäntäsi – varoittaa rytmihäiriöstä ennen kuin huomaat mitään

Ti, 10/24/2017 - 20:50 Toimitus

Joka vuosi yli seitsemän miljoonaa ihmistä kuolee sydämen rytmihäiriöihin. Mitä aikaisemmin rytmihäiriöt todetaan, sitä paremmin niitä voidaan hoitaa. Jatkuvasti sydäntä tarkkailevat rannekkeet, kellot ja muut laitteet auttavat rytmihäiriöiden aikaisessa tunnistamisessa, mutta ilman rytmiä analysoivaa algoritmia eivät laitteet toimi lainkaan.

Jokaisen sydämen syke on erilainen, ja myös meidän jokaisen pienet poikkeamat normaalista ovat hyvin henkilökohtaisia. 

Koneoppimisen menetelmillä voidaan kuitenkin paljastaa terveen sydämen sykkeen pohjalta erilaisia potentiaaliset poikkeamia ja siten tunnistaa rytmihäiriöt heti.

Tampereen teknillisen yliopiston signaalinkäsittelyn tutkijat ovat kehittäneet yhdessä Qatarin yliopiston ja Izmir University of Economicsin tutkijoiden kanssa menetelmän, jolla voidaan havaita jo hyvin varhaiset sydänoireet.

Rytmihäiriöitä on yritetty ennustaa ennenkin, mutta globaalit menetelmät eivät ole osoittautuneet luotettaviksi. Nyt kehitetyn, patentoidun menetelmän tunnistusvarmuus on tällä hetkellä 99,4 prosenttia.

"Terveillä ihmisillä tunnetaan vain heidän normaali sykkeensä. Mistä voidaan tietää, millainen syke on rytmihäiriössä? Tutkimuksessamme selvisi, että terveen sydämen sykkeen pohjalta on koneoppimisen menetelmillä mahdollista generoida kaikki erilaiset potentiaaliset poikkeamat", sanoo professori Serkan Kiranyaz Qatarin yliopistosta.

Hän on tehnyt tutkimusta yhdessä TTY:llä professori Moncef Gabboujin kanssa. Heidän lisäkseen ryhmään kuului myös Izmirin Talousyliopiston Turker Ince.

Tutkijat hyödynsivät työssään aiemmissa ECG-tutkimuksissaan keräämäänsä materiaalia erilaisista sykkeistä ja rytmihäiriöistä.

"Kehittämämme järjestelmä räätälöidään jokaiselle käyttäjälle henkilökohtaisesti", Kiranyaz jatkaa. "Siihen syötetään tiedot terveen ihmisen sydämen sykkeestä sekä sen pohjalta generoidut synteettiset virhelyönnit. Näin järjestelmä opetetaan seuraamaan potilaan sykettä ja havaitsemaan rytmihäiriöt heti sellaisten ilmaantuessa."

Kyse ei ole mistään pikkuasiasta, sillä sydämen rytmihäiriöt ovat yksi yleisimmistä kuolinsyistä maailmassa. Niitä aiheuttavat perinnöllisten syiden lisäksi esimerkiksi korkea verenpaine, diabetes, tupakointi, alkoholi ja stressi. Alkuun rytmihäiriöt ovat usein satunnaisia, mutta voivat muuttua hengenvaaralliseksi myöhemmin.

Professori Moncef Gabbouj TTY:n signaalinkäsittelyn laboratoriosta.

Kuluttajan saataville ehkä nopeallakin aikataululla

Uusi järjestelmä olisi mahdollista laittaa esimerkiksi nyt käytössä oleviin oman terveydentilan seurantaan käytettäviin rannekkeisiin tai mittareihin.

"Nyt käytössä olevat laitteet saattavat mitata ja seurata sykettä, mutta eivät osaa havaita poikkeamia", toteaa Kiranyaz.

"Käymme tällä hetkellä neuvotteluja eri yritysten kanssa järjestelmän kaupallistamisesta. Kun sopiva yritys on löytynyt, uskon, että järjestelmä saadaan markkinoille hyvinkin nopealla aikataululla."

Käyttäjälle menetelmän käyttö on tutkijoiden suunnitelmien mukaan hyvin yksinkertaista. Omat tiedot ladataan palvelimelle, josta tiedot mahdollisista poikkeamista sykkeessä siirretään kannettavaan laitteeseen. Rytmihäiriön ilmaantuessa käyttäjä saa välittömästi ilmoituksen.

"Tietoja on sitten mahdollista käydä läpi yhdessä lääkärin kanssa", Kiranyaz sanoo.

*

Juttu perustuu Tampereen teknillisen yliopiston tiedotteeseen, jonka on kirjoittanut Sanna Kähkönen.

Mikrorobotilla paperikuitujen kimppuun

Ke, 02/08/2017 - 18:50 Toimitus

Konenäöstä on avuksi paperikuitujen automaattisessa käsittelyssä. Mikrorobotiikkalaitteiston avulla voidaan nopeuttaa haastavien kuitutason mittausten tekoa ja lisätä niiden toistettavuutta. Näin kertoo tuore väitöstutkimus.

Paperiteollisuutta on nimitetty auringonlaskun alaksi jo kauan, mutta edelleen viime vuonna paperi ja kartonki kattoivat 13,7 % Suomen viennistä ja olivat tuoteryhmien kiistaton ykkönen.

Paperin ominaisuuksien tutkimukseen kannattaa siis edelleen panostaa. Yksi tällainen tutkimus on nyt perjantaina tarkastettava, Tampereen teknillisen yliopiston biolääketieteen tekniikan tiedekunnassa tutkijana työskentelevän Juha Hirvosen väitöskirja Computer Vision Measurements for Automated Microrobotic Paper Fiber Studies.

Se tarjoaa kiinnostavan, uuden näkökulman paperimassaan ja sen tekemiseen.

Paperi koostuu toisiinsa sitoutuneista paperikuiduista. Yksittäisten kuitujen ja niiden muodostamien sidosten perusominaisuudet, kuten taipuisuus ja vetolujuus, määrittävät suuren osan valmiin paperin ominaisuuksista.

"Kuitutason mittausten tekeminen on kuitenkin hidasta ja haastavaa, sillä se edellyttää mikroskooppisten kuitujen käsittelyä ja kiinnittämistä mittalaitteistoon", kertoo Hirvonen.

Paperikuitututkimuksen avuksi tulee mikrorobotiikka. Mikrorobotiikka tarkoittaa pienen mittakaavan robotiikkaa, jossa toimilaitteet kykenevät käsittelemään kokoluokaltaan alle millimetrin osia. Sillä on lukuisia sovelluksia pienikokoisten laitteiden kokoonpanossa, nanomateriaalien käsittelyssä ja solututkimuksessa.

Nyt TTY:n mikro- ja nanosysteemitekniikan tutkimusryhmä, johon Hirvonen kuuluu, on osoittanut mikrorobotiikan käyttökelpoisuuden myös paperikuitututkimuksessa.

Tyypilliseen mikrorobotiikkajärjestelmään kuuluu osien käsittelyyn suunnattuja laitteita, kuten motorisoituja pinsettejä muistuttavia tarraimia, sekä motorisoitu näytetaso, jolla osat tuodaan toimilaitteiden toiminta-alueelle.

Lisäksi on yksi tai useampi mikroskooppiin liitetty kamera, joka välittää videokuvaa toimenpiteestä.

"Ryhmän kehittämän laitteiston avulla on pystytty mittaamaan yksittäisten kuitujen taipuisuutta sekä yksittäisten kuitusidosten sidoslujuutta. Mittausten tekeminen on tosin edelleen haastavaa, ja yksittäiset kokeet vievät kokeneeltakin käyttäjältä useita tunteja."

Laitteiston automatisointi onkin osoittautunut välttämättömäksi. Pieniin teollisesti valmistettuihin osiin verrattuna luonnonkuidut ovat kuitenkin hankalia käsitellä. Siinä missä teollisesti valmistettujen osien muoto ja mitat ovat työskentelyn avuksi tiedossa etukäteen, luonnonkuitujen muoto ja mitat vaihtelevat suuresti ja ennalta arvaamattomasti.  

Hirvosen kehittämien konenäkömenetelmien avulla voidaan selvittää automaattisesti kuitujen 2D- tai 3D-geometria ja laskea niistä sopivat tarraamiskohdat.

"Menetelmien avulla voitiin käsitellä automaattisesti yksittäisiä paperikuituja sekä rikottiin ensimmäisenä maailmassa automaattisesti kahden paperikuidun muodostamia sidoksia."

Juttu on Tampereen teknillisen yliopiston tiedote hieman editoituna.

Video: Ohjelma, jolla saat kenet tahansa tekemään mitä vain

Muistatko ällistyksesi, kun näit ensimmäisen uskottavan realistiselta näyttävän tietokoneanimaation? Oliko se ehkä jossain elokuvassa? Tyrannosaurus, Klonkku, tai kenties lohikäärme?

On aika ällistyä uudelleen. Realistinen kuvamanipulaatio on taas askeleen pidemmällä.

Kuvittele, jos joku nappaisi signaalin suorasta uutislähetyksestä, ja pistäisi sen saman tien eteenpäin - ilman viivettä, mutta manipuloituna. Niin, että uutisankkuri vaikkapa pälyilee ympärilleen, itkee, tai vaikka näyttää kieltä. Mutta näyttää täysin omalta luonnolliselta itseltään.

Tämä on nyt mahdollista.

Stanfordin yliopiston grafiikan ryhmässä on kehitetty ensimmäinen automaattinen ilmeidensiirto-ohjelma. Videolla nähdään sen tuloksia.

Idea on yksinkertainen: otetaan kaksi lähtövideota kahdesta ihmisestä, napataan toisesta konteksti ja toisesta ilmeet, yhdistetään ne, ja pukataan tulos pihalle. Erona aiempiin vastaaviin toteutuksiin on, että tulosta ei voi erottaa tietokoneen luomaksi, mitään erityisiä kuvausjärjestelyjä ei tarvita, ja kone tekee muutokset käytännössä reaaliaikaisesti.

Lähtöaineisto voi olla suoraa videokuvaa tai tallennettua arkistokamaa vuosien takaa. Ainoat vaatimukset ovat, että tietokone tunnistaa kummastakin videosta kasvot, ja että ilmeet näkyvät kokonaisuudessaan.

Kehitystyön tulokset tuotokset esiteltiin CVPR2016-tapahtumassa Las Vegasissa tänä kesänä. Metodista kerrotaan tarkemmin tutkijoiden kirjoittamassa raportissa.

Tuote ei ole vielä kaupallinen, mutta se on vain ajan kysymys. Käyttökohteet ovat rajattomat. Poliittisen vastustajan kampanjavideosta on helppo tehdä pilaversio, jossa hän laukookin älyttömyyksiä tai ilmeilee kuin idiootti. Toisaalta omia kameralle jo tallennettuja takelteluja voi aina parannella jälkikäteen. Maissa, joissa elokuvia ja tv-sarjoja jälkiäänitetään, Robert deNiro ja Al Pacino todella saattavat kohta todella myös näyttää puhuvan ihan muuta kuin englantia. Ja entäpä, jos Hitlerin saisi kerrankin pitämään suunsa kiinni jossain televisioidussa vaahtoamisessaan...

Mihin sitä voi enää uskoa?

Kotirobotit ovat kohta täällä – ensinnä tulevat lemmikit ja orjat

Ke, 05/18/2016 - 23:03 Toimitus
Jetsons-piirrossarjan kotirobotti työn touhussa

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."

Paras asia on oppimiskyky

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.

 

Avuksi terveydenhuollossa

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."

Apua robotin silmin

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.