Tekniikka

Tiedetöppäysjoulukalenteri: 13. Edisonin 10 000 epäonnistumista

Pe, 12/13/2019 - 10:41 By Jari Mäkinen
Thomas Alva Edison ja fonografi

Eilisessä Nikola Teslan vähemmän hohdokkaista ideoista kertoneessa kirjoituksessa mainittiin myös hänen kilpailijansa Edison. 

Thomas Alva Edison (1847 – 1931) oli keksijän stereotyyppi: lahjakas, työteliäs ja ennen kaikkea näppärä yhdistämään eri asioita uusiksi keksinnöiksi. Hän keksi kyllä valtavasti itsekin, mutta myös "lainasi" muiden keksintöjä ja kehitteli niitä paremmiksi sekä käytännöllisemmiksi. 

Joka tapauksessa Edison on eräs historian tuotteliaimpia keksijöitä, sillä hänen nimissään on lähes 1100 patenttia. Merkittävimpiä ovat fonografi (ensimmäinen äänentallennuslaite) ja sähkövalo.

Sähkölampun keksimiseen liittyy myös hänen tunnetuin lausahduksensa, joka liittyy lampun sisällö olevaan hehkulankaan. Edison testasi lukemattomia eri materiaaleja yrittäessään löytää sopivan langan lampun sisälle. Hän päätyi lopulta hiiltyneeseen bambuun, joka hohti valoa, kun sen läpi johdettiin sähköä.

Tarinan mukaan hän totesi jälkikäteen tästä materiaalin etsinnästä, että "en suinkaan epäonnistunut 10 000 kertaa. En epäonnistunut kertaakaan, sillä onnistuin löytämään 10 000 erilaista tapausta, jotka eivät toimineet. Ainoastaan testaamalla toimimattomia ratkaisuita pystyin löytämään sen, joka toimi."

Edisonin sähkölamppu

Edisonin sähkölampussa hehkulankana oli hiiltynyt bambutikku. Lamput tulivat myyntiin vuonna 1879. Viisi vuotta myöhemmin Alexander Just ja Franjo Hanaman Itävalta-Unkarissa keksivät käyttää volframia  mikä oli paljon kestävämpi ja jonka hyötysuhde oli parempi.


 

Edison siis keksi kaikenlaista ja kehitteli monenlaisia etenkin sähköön liittyviä laitteita. Ei ole mikään ihme, että osa niistä oli etenkin nykynäkökulmasta hulluja. Osa ei toiminut lainkaan, ja osa oli yksinkertaisesti liian edellä aikaansa.

Hän tiesi, että jotkut ideat olivat parempia kuin toiset, ja hylkäsi huonot tai toimimattomat nopeasti. Hän ei myöskään harmitellut jälkikäteen näihin "epäonnistumisiin" kulutta aikaa tai vaivaa, koska piti niitä olennaisina keksintöprosessissa.

Yksi töppäyksistä oli automaattinen ääntenrekisteröintilaite vaaleja varten. Lennätinperiaatteella toiminut laite ei saanut Yhdysvaltain päättäjiltä kannatusta, koska he pelkäsivät, etteivät voisi enää huijata vaaleissa. Vaikka tekniikka on muuttunut, nähtävästi tässä suhteessa ei ole mitään uutta poliittisella puolella.

Edison kehitti myös sähköisen kynän, laitteen, jonka avulla pystyi tekemään saman tien monta kopiota käsinkirjoitetusta paperista. Laite oli kiinnitetty kynään, jolla kirjoitettiin, ja se pystyi seuraamaan kynän kärjen liikkeitä ja monistamaan sen useille papereille sähkömoottorien avulla.

Ongelmana oli kuitenkin se, että kirjoittamiseen käytettiin mustekynää, eivätkä kopiointilaitteiden kyniä pystytty kastamaan musteeseen samaan tapaan kuin alkuräistä kynää. Niinpä Edison keksi käyttää vahapaperia, jonka pintaan kirjoitusta kopioivat kynät tekivät selvän jäljen. Se saatiin sitten näkyviin kastamalla paperi musteeseen.

Tämä osoittautui liian hankalaksi. Lisäksi sähkökynät olivat kömpelöitä ja pitivät suurta meteliä. 

Myöhemmin sähkökyniin kehitettyä tekniikkaa käytettiin nimikirjoituksia kopioiviin laitteisiin ja – yllättäen – tatuointikynissä.

Fonografi, eli äänentallennuslaite, on sähkölampun ohella Edisonin toinen kuuluisin keksintö. Sen ensimmäinen versio kuitenkin oli harmillisen epäkäytännöllinen.

Laitteessa oli tötterö, jonka pohjassa oli äänikalvo ja siinä pieni neula, joka tötteröön tulevan äänen täristämänä raaputti rullalla olevan tinapaperin pinnalle uran. Kun rulla pyöri koko ajan eteenpäin, tallentui ääni kaiverruksena tinapaperin pintaan. Ääni voitiin saada jälleen kuuluviin pyörittämällä tinapaperia pinnallaan pitävää rullaa uudelleen, jolloin neula tärähteli, sai äänikalvon värisemään ja tötteröstä kuului ääntä.

Tinapaperi oli kuitenkin haurasta ja sen pinnalle kaiverrettu ura oli hyvin herkkä. Vasta kun tinapaperin sijalle otettiin vaha, joka kuivui kovaksi äänittämisen jälkeen, laite muuttui kätevämmäksi. Myöhemmin äänilevyt käyttivät täsmälleen samaa ideaa, mutta rullan sijaan ääni oli levyn pinnalla olevassa urassa.

Ensimmäinen nauhoitus vuodelta 1877.

Ääneen liittyy myös puhuva nukke. Edison hankki Saksasta nukkeja, joiden sisälle laitettavaksi hän kehitti pienen version fonografista. Tarkoituksena oli tuottaa niitä joulumarkkinoille vuonna 1888, mutta myyntiin nuket pääsivät vasta seuraavana keväänä.

Niistä ei kuitenkaan tullut suosittuja. Lapset pelkäsivät metallista ääntä, ja lisäksi fonografin koneisto oli hyvin herkkä iskuille. Ne menivät rikki helposti. Lisäksi toimiessaankin äänen voimakkuus hiipui hädin tuskin kuultavaksi jo lyhyen käytön jälkeen.

Nuket vedettiin markkinoilta vain noin kuukauden myynnin jälkeen.

Edison kehitti myös kotiteatterin. Se perustui Edisonin aiempaan keksintöön, kinetoskooppiin, jolla pystyttiin katselemaan elävää kuvaa. Edison keksi tämän vuonna 1888. Se ei ollut projektori, vaan laite näytti filminauhan yhdelle henkilölle kerrallaan laitteen kotelossa olevan aukon kautta. Vuonna 1912 Edison teki tästä version, joka pystyi myös heijastamaan kuvaa valkokankaalle. Se oli siis eräänlainen yksinkertainen filmiprojektori, joka oli pienempi ja kevyempi kuin elokuvateattereissa käytetyt.

Itse laitteet olivat silti liian kömpelöitä kotikäyttöön, ja lisäksi kalliita. Laitteita tehtiin vain 2500 ja niistä ainoastaan 500 ostettiin.

Ongelmana oli myös se, että Edisonin laitteisiin sopi vain sitä varten tehdyt filmit. Valikoima ei ollut suuri, joten Edisonin yhtiö alkoi tuottaa filmejä. Ne olivat kuitenkin ennen kaikkea dokumentteja ja opetusohjelmia, ja suuri yleisö halusi hauskoja elokuvia. Niinpä kinetoskooppin kehitys  ja elokuvatuotanto lopetettiin vuonna 1915.

Kinetoskoopilla oli kuitenkin suuri vaikutus elokuvateollisuuden kehittymiseen, sillä sitä varten Edisonin yhtiössä kehitettiin ensimmäiset käyttökelpoiset selluloidifilmit ja omaksuttiin standardiksi muodostunut 35 mm:n kinofilmikoko.

Kinetofoni

Kun kinetoskooppiin liitettiin fonografi, saatiin kinetofoni. Kuva vuodelta 1895.


 

Kaikkein suurin Edisonin pieleen mennyt keksintö liittyi malmin käsittelyyn. Hän kehitti rautamalmin murskaamista ja seulomista varten laitteiston, missä oli suuret sähkömagneetit nappaamassa ei-rautapitoisen aineksen seasta rautapitoisen aineen.

Edison laski kykenevänsä käsittelemään laitteellaan 5000 tonnia malmia päivässä, mutta tavoitteesta jäätiin kauaksi heti alussa. Laite otettiin käyttöön Ogdensburgissa, New Jerseyssä, ei kovinkaan kaukana New Yorkista, vuonna 1894. Suuret murskaimet eivät toimineet kunnolla, joten Edison muokkasi niitä useampaan kertaan huomatakseen vain, että myös malmin kuljettimet ja kuivaimet kaipasivat suuria muutoksia, ennen kuin magneetit pystyivät toimimaan.

Laite ei koskaan toiminut kunnolla, ja tätä episodia Edison harmitteli toistuvasti jälkikäteen, vaikka se ei ollut hänen tapamaan. Kenties malmibisneksestä tulleet suuret tappiot vaikuttivat asiaan.

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.

Tiedetöppäysjoulukalenteri: 5. Nollaosoitin

To, 12/05/2019 - 20:05 By Jari Mäkinen
Tony Hoare puhumassa (oikealla)

Tony Hoare (kuvassa oikealla) ei ollut pahantahtoinen mies, vaikka hän sai aikaan erään tietokoneajan historian suurimmista ongelmista. Hän halusi ratkaista ongelman, mutta loi samalla uuden, vielä suuremman – tosin se muodostui hankalaksi vasta myöhemmin.

ALGOL on tietokoneiden ohjelmointikieli, jonka kehittäminen alkoi 1950-luvun lopussa. Joukko amerikkalaisia ja eurooppalaisia tiedonkäsittelytieteen tutkijoita piti seminaarin Zürichissä ja kehitti siellä ALGOL 58 -nimellä tunnetun ohjelmointikielen. 

Se ei tullut koskaan laajempaan käyttöön, mutta oli 1960-luvulla hyvin suosittu tutkijoiden parissa. Matematiikassa ja tietokonetieteessä sitä ja sen johdannaisia käytettiin 1990-luvulle saakka, joskin kaikkein tärkein ALGOLin merkitys oli sen vaikutus muihin ohjelmointikieliin.

Näitä ovat Simula, Pascal, Ada ja C, joka on suora esivanhempi esimerkiksi tämän nettisivun näyttämisessä tarvittavalle PHP-koodille. Netti – sellaisena kun sen nyt tunnemme – kiittää ALGOLia, sillä lähes kaikki serverit hyrräävät PHP:n ystävällisellä myötävaikutuksella.

Yksi ALGOLin variantti oli ALGOL W, jonka tekemiseen osallistui brittiläinen Tony Hoare. Hänen keksintönsä oli ohjelmointikieleen lisätty niin sanottu nollaosoitin, eli "tyhjä" -osoitin.

Osoitin on tietotyyppi, joka viittaa tietokoneen keskusmuistissa sijaitsevaan arvoon. Ja kun osoittimelle annetaan arvoksi null, eli "tyhjä", niin osoitin ei osoita minnekään. Kun tietokoneet eivät olleet kovin suorituskykyisiä, oli sen avulla kätevää kertoa esimerkiksi se, että muisti on loppumassa.

int *p = nullptr; (*p) = 42; // vikatilanne: osoitin ei ole validi osoite

Sittemmin tämä nollaosoitin on aiheuttanut paljon harmia ja lisätyötä, koska ohjelmat kaatuivat osoittimen osoittaessa ei minnekään.

Tony Hoare muisteli vuonna 2009 – nyt aateloituna ja palkittuna alan guruna –  tätä legendan mukaan miljardien dollarien menetyksiä aiheuttanutta keksintöään:

"Keksin nollaosoittimen vuonna 1965, ja tavoitteenani oli se, että kaikki osoittimet olisivat ehdottoman turvallisia siten, että kääntäjä tarkistaisi ne automaattisesti."

"En kuitenkaan voinut välttää kiusausta laittaa mukaan nollareferenssiä, viittausta ei minnekään, koska se oli niin helppo toteuttaa."

Hoaren tavoitteena oli saada tietokoneet toimimaan nopeammin. Tuohon aikaan hän oli työssä Elliot Brothers -yhtiössä kehittämässä ALGOLista mahdollisesti pankeissa, vakuutusyhtiöissä ja muuallakin kaupallisessa maailmassa käytettyä ohjelmointikieltä, jonka kirjoittaminen olisi aiempaa helpompaa.

Osana tätä olivat kikat, joiden avulla tavallisten käyttäjien ei täytynyt keskittyä konekielisen ohjelmoinnin yksityiskohtiin. Tämän vuoksi ohjelma tarkisti sitä minne koodissa olevat osoittimet osoittivat keskusmuistissa, mutta tähän kului aikaa ja kallista (tuolloin aivan konkreettisen kallista) tietokonekapasiteettia.

Niinpä Hoare keksi nollaosoittimen, käskyn, joka sanoi ettei se osoita mihinkään. Yleistäen kyse oli siitä, että kone saatiin toimimaan nopeammin, mutta se saattoi myös kaatua joskus.

Suo siellä, vetelä täällä.

"Nollaosoittimen vuoksi on tullut lukemattomia virheitä, haavoittuvuuksia ja systeemien kaatumisia, jotka ovat saaneet aikaan 40 vuoden aikana miljardien dollarien edestä vahinkoja ja harmia."

Suurin yksittäinen haitta oli CodeRed -nimellä tunnettu mato, jonka nollaosoitin teki mahdolliseksi. Sen leviäminen alkoi vuonna 2001 ja se sai aikaan maailmanlaajuisesti noin neljän miljardin dollarin edestä vahinkoja servereissä ympäri maailman.

Nyttemmin nollaosoittimet on luonnollisesti korjattu, mutta harmina ovat puolestaan muut vastaavat.

Toinen todella kallis tietokonetöppäys on kuuluisa Y2K, vuosituhannen vaihtuminen. Tietokoneiden päivämäärätiedot oli alkujaan tehty muistitilaa säästäen siten, että ne olivat automaattisesti 1900-luvulla. Eli vuosi 1985 kirjoitettiin vain 85, tai vastaavasti. Tämän korjaamiseen (Hoaren mukaan) on käytetty myös noin neljä miljardia dollaria.

CodeRedin saastuttama tietokone

 

Jos haluat heittäytyä ammoisten tietokonekielien maailmaan, niin John Backusin ammoinen artikkeli ALGOL kieliopista (PDF) on kiinnostava.

PS. Tämän kalenteriluukun julkaisu lykkääntyi siksi, että tietokoneohelmasta kertovan jutun julkaisu sai aikaan häiriöitä systeemissämme. Onkohan näillä joku yhteys?

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.

Ötökkä opettaa kaivosrobotin tekijöitä

Ma, 08/05/2019 - 12:05 By Toimitus
Robominers ottaa oppia ötököistä

Millainen on parhain mahdollinen kaivosrobotti? Kenteis oppia kannattaisi kysyä ötököiltä, jotka tonkivat reippaasti maaperää ja ovat kehittyneet vuosituhansien kuluessa varsin päteviksi kaivajiksi. 

Tampereen yliopiston mekatroniikan tutkimusryhmä on mukana espanjalaisten vetämässä ROBOMINERS-hankkeessa. Sen tarkoituksena on rakentaa prototyyppi pienestä, luontoa jäljittelevästä ja itse itsensä kokoavasta kaivosrobotista, jonka avulla kaivostoiminta on tarkempaa ja ympäristöystävällisempää.

Erikoista kehitettävässä prototyypissä on myös se, että se pystyy kokoamaan itse itsensä osista ja konfiguroimaan itsensä eri työtehtäviä varten. Siksi kaivosta varten tarvitaan vain kapea kuilu, jos osat voidaan laskea maan alle.

Vast'ikään Horizon 2020 -rahoitusta saaneessa nelivuotisessa hankkeessa kehitetään laajemmin autonomisiin kaivosrobotteihin perustuvaa tulevaisuuden kaivosta, jonka avulla myös pienten ja vaikeasti saavutettavien mineraalivarantojen kaivaminen on mahdollista.

"Tutkimuksemme voi mullistaa koko kaivosteollisuuden", toteaa professori Kari T. Koskinen Tampereen yliopistosta vaatimattomasti yliopiston tiedotteessa

"Tulevaisuudessa ei kenties tarvita enää suuria kaivosalueita, vaan pienet robotit työskentelevät maan alla louhien esiintymät tarkasti ja luontoa vahingoittamatta."

Kehitteillä oleva robottimainari pystyy työskentelemään myös veden alla, mikä tarkoittaa lisää hyötyjä ympäristölle sekä huomattavia kustannussäästöjä: kaivoksia ei olisi tarpeen pumpata tyhjiksi niihin nousevasta vedestä, mikä vähentää käsiteltävän jäteveden määrää.

Myöskään valtavia kasoja jätekiveä ei synny, sillä robotti louhii vain tarpeellisen. Pienet määrät jätekiveä voidaan käyttää jo kaivettujen osien täyttämiseen.

Roboteissa hyödynnetään erilaisia tekoäly- ja koneoppimissovelluksia, joiden avulla ne osaavat liikkua kaivoksessa ja tunnistaa louhittavat mineraalit.

"Esimerkki aivan uudenlaisista sensoreista ovat eräänlaiset keinotekoiset tuntosarvet, joiden avulla robotti havainnoi ympäristöään", Koskinen kertoo.

ROBOMINERS-hankkeen taustalla on huoli Euroopan omavaraisuudesta ja huoltovarmuudesta. Robottien avulla olisi mahdollista myös päästä taloudellisesti järjevästi käsiksi myös vanhoihin, jo perinteisin menetelmin kaivettuihin kaivoksiin jääneisiin varantoihin.

Tampereella osataan robotiikka

ROBOMINERS-hanketta johtaa espanjalainen Universidad Politecnica de Madrid, ja mukana on Tampereen yliopiston lisäksi 12 muuta partneria, joiden joukossa yliopistoja, tutkimuslaitoksia ja yrityksiä.

Tamperelaiset ovat omiaan tässä hankkeessa, koska Tampereen teknillisessä yliopistossa (joka yhdistyi vuoden 2019 alussa Tampereen yliopiston kanssa) on kehitetty runsaasti erityyppistä robotiikkaa ja vaativaa konetekniikkaa.

Hanke on myös erittäin poikkitieteellinen, sillä insinöörien lisäksi mukana hankkeessa on muun muassa geologeja.

Vaikka tuloksena toivotaan olevan uudenlaisia, kaupallisesti hyödynnettäviä kaivosrobotteja, on hankkeelle prototyypin rakentaminen kuitenkin tutkimushanke – ei vain insinööriratkaisu olemassaolevaan ongelmaan.

(Juttu on Tampereen yliopiston tiedote hieman editoituna. Otsikkokuva: Robominers.)

Pelkkä valo voi kumota gravitaation

Ke, 03/20/2019 - 11:32 By Markus Hotakainen
Kappaleita levitoimassa

Toistaiseksi ajatus on vielä teorian asteella, mutta tutkijat ovat luottavaisia, että tekniikkaa voidaan soveltaa jopa tähtienvälisten luotainten vauhdittamiseen

Caltechissa (California Institute of Technology) on suunniteltu nanopinnoite, jonka ansiosta esineitä voidaan leijuttaa ja liikutella ilmassa pelkän valon avulla.

Jo 1980-luvulla kehitettiin optiset pinsetit, joilla voidaan käsitellä hyvin pieniä hiukkasia tai vaikka viruksia. Niiden toiminta perustuu tarkkaan kohdistetun lasersäteen säteilypaineeseen. Pinsettien kehittäjä Arthur Ashkin sai keksinnöstään fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2018.

Optisilla pinseteillä pystytään kuitenkin siirtelemään ainoastaan hyvin pieniä kohteita ja ne toimivat vain hyvin lyhyillä etäisyyksillä. Caltechissa kehitetyn tekniikan avulla esineiden koko voi olla mikrometreistä jopa metreihin.

Keskeinen tekijä uudessa tekniikassa on nanopinnoite, joka vuorovaikuttaa valon kanssa siten, että esine pysyy tiukasti valonsäteessä, vaikka jokin tekijä häiritsisi sitä. Silloin ei enää tarvita tarkkaan kohdistettua lasersädettä ja valonlähde voi olla miljoonien kilometrien päässä.

”Olemme kehittäneet menetelmän, jolla voidaan leijuttaa makroskooppisia kappaleita”, toteaa tutkimusta johtanut Harry Atwater.

”Mielenkiintoinen sovellus on käyttää tekniikkaa uuden sukupolven avaruusluotainten vauhdittamiseen. Käytännön toteutukseen on vielä pitkä matka, mutta olemme parhaillaan kehittämässä periaatteen testaamista.”

Teoriassa avaruusluotaimessa voitaisiin käyttää uudenlaista nanopinnoitetta ja antaa sille vauhtia Maassa sijaitsevalla laserlähteellä. Koska luotaimen ei tarvitsisi kuljettaa mukanaan polttoainetta, sillä olisi mahdollista päästä hyvin suuriin, jopa relativistisiin nopeuksiin – eli huomattavaan osaan valon nopeudesta – ja matkata toisiin tähtiin.

Aurinko- tai valopurjetta on kaavailtu aiemminkin ultrakevyiden luotainten ”voimanlähteeksi” ja esimerkiksi Stephen Hawkingin ja Juri Milnerin vuonna 2016 käynnistämässä Breakthrough Starshot -projektissa tavoitteena on lähettää valopurjeen vauhdittamana tuhat muutaman gramman painoista StarChip-luotainta kohti Proxima Centauria. Huippunopeus olisi peräti 20 prosenttia valon nopeudesta eli noin 60 000 kilometriä sekunnissa.

Uudenlaisen nanopinnoitteen mahdollistamasta valoleijunnasta kerrottiin Caltechin uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu
Nature Photonics -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Ognjen Ilic & Harry Atwater

Onnea WWW! CERN juhlii 30-vuotiasta webbiä (video)

Tänään 12. maaliskuuta pidettiin aamupäivällä Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNissä kiinnostava tilaisuus: CERNissä kehitetty World Wide Web täytti 30 vuotta. Juhlaseminaarissa muisteltiin vanhoja ja katsottiin tulevaisuuteen.

 

Tarkkaa päivämäärää webin keksimiselle on mahdotonta sanoa, mutta Tim Berners-Lee, nykyisin Sir Tim, kirjoitti maaliskuussa 1989 CERNin IT-hallinnolle ehdotuksen tietojenkäsittelyn uudistamisesta. Tylsän byrokraattisen dokumentin nimi oli "Information Management: A Proposal" ja sen ansiosta käynnistettiin projekti, joka synnytti maailmanlaajuisen World Wide Webin. Se oli toiminnassa vuonna 1991.

"Ideana oli systeemi, missä kaikki tieto kaikissa tietokoneissa kaikkialla voisi olla linkitettynä", totesi Berners-Lee alkuperäisestä ideastaan.

Information Management: A Proposal

CERN oli luonteva paikka tällaisen ajatuksen syntymiseen, sillä hiukkastutkimuksessa syntyi paljon sähköisessä muodossa olevaa dataa (ja syntyy nykyisin vielä enemmän), tutkijat liikkuvat ympäri maailman, käyttävät tietokoneitaan eri paikoissa ja heillä on tarve käyttää tietoja ja olla yhteydessä koko ajan.

Webin 30-vuotiasta historiaa juhlistetaan CERNissä ja muualla tänä vuonna eri tapahtumin ja muun muassa CERNin tekemällä juhlasivustolla. Juhlallisuudet alkoivat tänään Genevessä CERNissä pidetyllä tilaisuudella, missä oli paikalla puhumassa suuri joukko työtä aikanaan tehneistä tutkijoista ja insinööreistä.

Tarjolla oli tiedon lisäksi muun muassa jättisuuria kakkuja, joista yhdestä kuvan nappasi CERNin tiedotttaja Arnaud Marsollier.

PS. Webbi ja netti eivät ole sama asia: internet kehitettiin jo paljon aikaisemmin, ja WWW on vain eräs – tosin tunnetuin – sähköisistä palveluista, joita internet välittää.

Avainsanat

Pian pääsee tekoälyn kyydissä Tallinnaan

Ma, 02/04/2019 - 08:55 By Toimitus
Tallink Megastar

Jos Tallinnaan mennessä meno laivan ravintoloissa ja baareissa on toisinaan hieman älytöntä, on onneksi laivan ohjaamossa tilanne aivan toinen. Tallinkin uusimmalla aluksella, Megastarilla, tulee älyä olemaan pian kyydissä jopa tavanomaista enemmän, koska sen avulla testataan ja kehitetään uudenlaisia laivojen autonomisen navigoinnin menetelmiä.

Itsestään liikkuvien autojen lisäksi meriliikenteen nykyistäkin laajempaa automatisointia tutkitaan koko ajan. Esimerkiksi Suomessa autonomista merenkulkua tutkiva Rolls-Royce aikoo saada tällaiset uudenlaiset laivat käyttöön vielä ennen vuosikymmenen loppua.

Nyt Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskus ja Aalto-yliopiston tutkijat yhdessä Fleetrange Oy:n ja Tallinkin kanssa tutkivat yhdessä koneoppimisen ja tekoälyn käyttöä Tallinnan ja Helsingin välillä sahaavalla Megastarilla.

Tutkimuksen tarkoitus on yhdistää eri lähteistä saatua aineistoa, niin kuvaa, ääntä, tutka- ja lasermittauksia, satelliittipaikannusta kuin muiden aluksien sijaintitietoja. Tätä varten Megastarille asennetaan erilaisia antureita, joista saadun aineiston käsittelyssä hyödynnetään tekoälyä ja koneoppimista.

”Yksittäinen anturi ei ole koskaan riittävä antamaan luotettavaa kuvaa turvallisuuden kannalta kriittisistä tekijöistä. Miehistö hyödyntää aina useamman laitteen antamaa päällekkäistä tietoa, jolloin yksittäisen laitteen mahdollisesti antama virheellinen tieto on helposti havaittavissa ja hylättävissä. Autonomisen navigointijärjestelmän tulisi toimia samalla periaatteella”, toteaa tutkimuspäällikkö Sarang Thombre Paikkatietokeskuksesta.

Tavoitteena automaattinen tunnistus

Tavoitteena on erilaisten kohteiden, kuten merimerkkien sekä toisten alusten automaattinen tunnistus ja tarkemman tilannekuvan muodostaminen useiden erilaisten sensorien välittämän aineiston pohjalta.

”Kun tällaista tietoa yhdistetään olemassa olevien navigointisäännösten kanssa, mahdollistetaan aluksen suunnistus mahdollisimman vähäisellä ihmisohjauksella, jopa Itämeren kaltaisilla, vilkkaasti liikennöidyillä vesiväylillä”, Thombre jatkaa.

”Megastarin valinta tutkimusalukseksi oli helppo valinta ja olemmekin erittäin tyytyväisiä saatuamme Tallink Gruppin tuen projektille. Tallink Grupp on uusien innovatiivisten ratkaisujen edelläkävijä ja Megastar on tämän alueen kehittynein ja ympäristöystävällisin alus. Tallinnan ja Helsingin välillä on vilkas kaupallisten ja vapaa-ajan alusten liikenne ja siksi se toimii erittäin hyvin tutkimiemme uusien tekniikoiden testialueena”, sanoo kapteeni Henrik Ramm-Schmidt, Fleetrange Oy:n toimitusjohtaja ja perustaja.

”Viimeaikainen kehitys tekoälyn ja koneoppimisen alalla antaa uusia mahdollisuuksia oppia tunnistamaan ja ennustamaan alusten liikkeitä. Näillä uusilla menetelmillä voidaan saavuttaa ennennäkemätön tarkkuus”, lisää vielä professori Simo Särkkä Aalto-yliopistosta.

*

Juttu on Paikkatietokeskuksen tiedote hieman editoituna.

Suomeen havittellaan Euroopan nopeinta supertietokonetta

Ti, 01/29/2019 - 16:47 By Toimitus
Osa Sisu-supertietokonetta

Mielikuvissa siintää visio, jonka mukaan Suomeen voisi syntyä yksi maailman johtavista datanhallinnan ja laskennan ekosysteemeistä. Se
houkuttelisi tänne muun muassa tutkimusinfrastruktuureja ja datakeskusinvestointeja. Tämä puolestaan lisäisi kotimaisen tutkimuksen kilpailukykyä, työllisyyttä ja talouskasvua.

Kyseessä on eurooppalainen suurteholaskennan yhteishanke, EuroHPC Joint Undertaking. Se on Euroopan unionin hanke, jonka ensimmäisenä, kunnianhimoisena päämääränä on hankkia Eurooppaan vähintään kaksi lähelle eksatasoa kurottavaa supertietokonetta vuoteen 2020 mennessä.

Eksataso tarkoitta sitä, että tietokoneen prosessorien laskentateho on vähintään yksi eksaflop. Tämä vastaa 1018 laskutoimitusta sekunnissa, eli sitä, että kone tekee miljoona miljoona miljoonaa laskua yhdessä sekunnissa.

Suomen tällä hetkellä ärein tietokone, CSC:n ylläpitämä Sisu kykenee teoreettisesti 1,69:n petaflopin laskentatehoon, mikä vastaa noin 0,00169 eksaflopia. Kyseessä on viime marraskuun tilaston mukaan maailman 267. tehokkain tietokone, kun tehokkain nyt Euroopassa oleva kone (maailman viidenneksi tehokkain) on sveitsiläisten Piz Daint, jonka teoreettinen huippulaskentateho on 0,027 eksaflopia.

Osa komeilla revontulikuvilla koristellusta Sisu-supertietokoneesta on otsikkokuvassa.

Nyt suunnitteilla oleva kone on siis suuri hyppäys ylöspäin ja auttaisi suurta laskentakapasiteettia tarvitsevaa tutkimusta. Monet tieteet käyttävät nykyisin simulointeja ja suurten, toisiaan täydentävien tietomassojen käsittelyä, mihin tarvitaan myös supertietokoneita.

Tutkimuksen ohella hanke on merkittävä suomalaiselle tietojenkäsittelyosaamiselle, sillä EuroHPC-supertietokoneen avulla Suomesta voisi tulla arktisen dataliikenteen globaali solmukohta. Järjestelmä sijoitettaisiin CSC:n Kajaanin datakeskukseen.

Iso, kallis ja tärkeä hanke

EU on budjetoinut EuroHPC-hankintoihin yhteensä noin 1,4 miljardia euroa. EU-komissio rahoittaa puolet EuroHPC:n superkoneiden hankinnasta. Toinen puolikas rahoituksesta tulee osallistuvilta mailta.

Tarvittava rahoitus riippuu konsortioon kuuluvien maiden määrästä ja esi-eksa-tason supertietokoneiden lukumäärästä, joita EU-komissio on kaavaillut olevan vähintään kaksi. Moni Euroopan maa näkee Suomen ihanteellisena sijaintipaikkana EuroHPC:n supertietokoneelle.

Päätökset EuroHPC:n ensimmäisten supertietokoneiden sijaintipaikoista tehdään kevään 2019 aikana.

Hakuprosessia varten ollaan muodostamassa laajapohjainen eurooppalainen konsortio, joka tukee esieksatason supertietokoneen sijoittamista Suomeen. Mukana konsortiossa ovat tällä hetkellä muun muassa Pohjoismaat ja Sveitsi.

"Tämä konsortio pystyy tarjoamaan laadukkaan, kustannustehokkaan ja laajapohjaiseen eurooppalaiseen yhteistyöhön pohjautuvan ekosysteemin, joka on myös ympäristöystävällinen", sanoo CSC:n toimitusjohtaja Kimmo Koski.

"Laitteistojen lisäksi tarvitaan korkeatasoista osaamista laskennasta datanhallintaan. Konsortion jäsenillä on vuosikymmenten kokemus tämän tyyppisten palveluiden tehokkaasta tuottamisesta. Suomelle EuroHPC-hanke on valtava mahdollisuus, joka tukee myös kansallista datanhallinnan ja laskennan kehittämishanketta ja vahvistaa kilpailukykyämme."

EuroHPC:n seuraavassa vaiheessa kehitetään eurooppalaista suurteholaskennan osaamista ja teknologiaa siten, että vuosien 2022–2023 aikana Eurooppaan on tarkoitus hankkia maailman nopeimpiin kuuluva eksatason tietokone, joka perustuu eurooppalaiseen teknologiaan.

*

Juttu on lähes suoraan CSC:n tiedote, jota on editoitu ja täydennetty.

Maailman ensimmäinen miehittämätön rahtilaiva on myös sähkökäyttöinen

Su, 08/26/2018 - 20:34 By Jari Mäkinen
Yara Birkeland -rahtilaiva

Ei ketään komentosillalla! Maailman ensimmäinen automaattisesti kulkeva rahtialus valmistuu vuonna 2020. Norjalaisen Yara Internationalin tilaama alus tekee ensimmäiset matkansa miehistön kanssa, mutta jatkaa seilaamista ihan itseksensä vuodesta 2022 alkaen. Se näyttää tietä tulevaisuuden meriliikenteelle.

Mediassa – kuten Tiedetuubissakin – on aika usein juttuja tulevaisuuden miehittämättömistä autoista ja lentolaitteista, mutta itse asiassa eräs kätevimmin automatisoitavista liikennemuodoista olisi meriliikenne.

Laivat seilaavat yleensä varsin monotonisesti samoja reittejään ja etenkin kun nykyisinkin ne jo toimivat varsin automaattisesti satelliittipaikannuksen avustamana, ei askel täysin ilman miehistöä oleviin rahtilaivoihin ole suuri. Matkustaja-aluksilla miehistöä tarvitaan kuitenkin jatkossakin – ainakin matkustajien palveluun.

Norjalaisyhtiö Yara International on ottanut merkittävän askeleen kohti automaattista merenkulkua tilaamalla reitilleen ensimmäisenä täysin robottiohjatun rahtialuksen. Erityisen kiinnostavan aluksesta tekee se, että uusi Yara Birkeland -laiva on myös sähkökäyttöinen.

Se, että laiva toimii sähköllä, voi olla jopa tärkeämpää sen tekemisessä. Laivojen päästöt ovat ovat jopa suurempia kuin lentoliikenteen, sillä vuonna 2007 maailman meriliikenne tuotti 3,2 kaikista hiilidioksidipäästöistä, kun lentoliikenteen osuus oli 2,1%*. Syynä ei ole vain laivaliikenteen määrä, vaan myös se, että alusten moottorit eivät ole yleensä kovin ekologisia, vaan tupruttavat toisinaan jopa epätäydellisesti palaneen dieselin katkua suodattamattomana ilmaan.

Siinä missä lentokoneilla akkujen suuri massa on suuri ongelma tekniikan laajemmalle käytölle, ei laivoissa tätä ongelmaa ole. Sen sijaan hankaluutena on akkujen varauskapasiteetti, eikä mannertenvälisiä matkoja voi vielä eikä ihan lähitulevaisuudessa tehdä sähkölaivoilla.

Niinpä Yara Birkeland tulee varsin lyhyelle matkalle, ja se on varsin pieni alus: vain 70 metriä pitkä ja 14 metriä leveä. Se voi ottaa mukaansa 120 konttia ja tulee liikennöimään noin satakunta kilometriä pitkää reittiä Larvikin ja Herøyan väliä Oslon etelälounaispuolella Skagerrakin rannalla.

Matka soveltuu hyvin niin autonomisen liikkumisen kuin sähkömoottoritekniikan testaamiseen. Reitti on mutkikas ja kulkee niin hieman avomerellä (tosin rannikon läheisyydessä) kuin vuonossakin. Sen pituus on myös juuri sopiva siihen, että sähköä riittää akuissa ja ne voidaan ladata rahdin purkamisen ja lastaamisen aikana uudelleen. Näin laiva voi sahata reittiä edes takaisin lähes nonstoppina.

Yara Internationalin mukaan laivalla pystytään korvaamaan noin 40 000 rekkamatkaa vuodessa. Lisäksi yhtiö kertoo ottavansa käyttöön sähkörekkoja, joilla tavaraa kuljetetaan laivalle ja siitä pois kohteisiin.

Yara Birkelandin ohjelmistot tekee sotilas- ja meritekniikkaan erikoistunut Kongsberg Group ja alus rakennetaan Romaniassa. Sähkömoottorien akut perustuvat Tesla Model X P100D -auton akkupaketteihin, joita laivaan laitetaan mukaan 90 kappaletta.

Rolls-Roycen autonominen rahtilaivakonsepti

Myös Suomessa kehitetään autonomista meriliikennettä: Rolls-Roycen toimipiste Turussa toimii yhtiöjätin tätä koskevan tutkimuksen keskuksena. Rolls-Roycen autonomista ohjaamista sekä hybridimoottoritekniikkaa käytetään jo nyt myös Norjassa, missä on liikenteessä mm. lähes autonominen lossi – siinä kapteeni hoitaa vain saapumiset rantaan ja erikoistilanteet.


*Päästötutkimukset: Buhaug et al., 2009 ja Lee et al., 2011.

Kajaaniin tulee kiihdyttämö

La, 08/18/2018 - 11:20 By Toimitus

Tieteen tietotekniikan keskus CSC ja Kajaanin ammattikorkeakoulu aloittavat hankkeen, joka vauhdittaa data-analytiikan hyödyntämistä Kainuun alueen yrityksissä. Data-analytiikan kiihdyttämö -hankkeessa Kainuun alueella toimivat yritykset ja yhteisöt voivat nopeasti kokeilla mitä data-analytiikka voisi heille tarjota ja ottaa käyttöön analytiikkaan perustuvia ratkaisuja.

Datalähtöinen talous on jo nyt tuntuvaa bisnestä ja data-analytiikka, big data sekä tekoäly ovat keskeisiä keinoja kilpailukyvyn parantamiseen. Yrityksille kertyy paljon dataa esimerkiksi teknisistä prosesseista, antureista, tietojärjestelmistä ja asiakasrajapinnasta, ja tämän kaiken tiedon analysointi auttaa ymmärtämään ja ennakoimaan taustalla olevia ilmiöitä sekä riippuvuuksia.

Uudessa CSC:n ja Kajaanin ammattikorkeakoulun Data-analytiikan kiihdyttämö -hankkeessa innostetaan kainuulaisia yrityksiä ja yhteisöjä ottamaan käyttöön data-analytiikkaa.

CSC:n osaaminen perustuu pitkäaikaiseen kansalliseen toimintaan data-analytiikan parissa sekä laajaan kansainväliseen yhteistyöhön. Kajaanin ammattikorkeakoulu on puolestaan laajasti verkostoitunut paikallisten toimijoiden kanssa. KAMK auttaa CSC:tä löytämään oikeat paikalliset toimijat ja CSC auttaa KAMK:ia löytämään oikeat data-analytiikan ratkaisut.

Hankkeessa toteutetaan data-analytiikan pilottiprojekteja kolmen yrityksen kanssa sekä työpajoja 10 – 15 yrityksen kanssa. Lisäksi hankkeen viestintä tuottaa tietoa data-analytiikan mahdollisuuksista laajemmalle joukolle yrityksiä. Hankkeessa käynnistettävä data-analytiikan kiihdyttämö antaa tarvittavan alkusysäyksen uusien menetelmien käyttöönotolle, joka muuten vaatisi yrityksiltä merkittävää alkupanostusta ja osaamista.

Hanke saa rahoitusta Euroopan aluekehitysrahastolta. Hankkeen rahoitukseen osallistuvat myös alueen kunnat sekä hankkeeseen osallistuvat yritykset Loiste Oy, Kaisanet Oy ja Herman IT Oy.

Kajaani ei ole CSC:lle uusi tuttavuus, sillä muun muassa Suomen ärein tietokone, Cray XC -supertietokonejärjestelmään perustuva Sisu sijaitsee CSC:n Kajaanin datakeskuksessa, joka aloitti toimintansa vuonna 2013. Viimeisen vuoden ajan CSC on tuonut Kajaaniin myös data-analytiikan ympärille keskittyvää toimintaa.

"Pitkäaikaisena data-analytiikan kehittäjänä CSC:lle on syntynyt hyvä ja maanläheinen ymmärrys siitä, miten datasta jalostetaan tietämystä ja miten se tuodaan organisaation hyödyksi", toteaa kehityspäällikkö Aleksi Kallio CSC:n tiedotteessa.

"Nopeasti kehittyvällä alueella nousee koko ajan hyvin erilaisia ratkaisuja ja lupauksia, joten näemme, että meidän tehtävämme suomalaisessa yhteiskunnassa on tarjota laajempaa ja pidempää perspektiiviä data-analytiikan mahdollisuuksiin."

"KAMK on rakentanut strategiaansa älykkäiden ratkaisujen tukemiseen sekä niiden osaajien koulutukseen", kertoo puolestaan Kajaanin ammattikorkeakoulun rehtori Matti Sarén samaisessa tiedotteessa.

Data-analytiikan kiihdyttämö on merkittävä toiminto, jonka kautta yritysten on entistä helpompi hankkia osaamista dataintensiivisen liiketoiminnan kehittämiseen. KAMK on tuomassa koulutusohjelmiinsa data-analytiikan sekä insinööriosaamisen datan käyttämiseen liiketoiminnan perustana. Yhteistyö yritysten ja toimijoiden kanssa rakentaa vetovoimasta ja merkityksellistä koulutusta alalle sekä Kainuun että Suomen tarpeisiin.

*

Juttu on CSC:n tiedote hieman muokattuna. Otsikkokuvassa on Sisu-tietokone taannoisen päivityksen jälkeen, kuva: Susanna Salminen, CSC.

Video: Täällä syntyi internet (ei siis www, vaan internet)

Kalifornian yliopiston Los Angelesin kampuksen UCLA:n insinööritieteiden rakennuksessa 4 on kolmannessa kerroksessa erään huoneen oven vieressä messingistä tehty laatta, missä lukee yksinkertaisesti "Birthplace of the Internet, 1969".

Se on siis paikka, missä internet syntyi vuonna 1969 – tarkalleen ottaen aamupäivällä 29. lokakuuta 1969.

Kuten syntymää lähes aina, edelsi tätäkin tapausta aika paljon valmistelua. Taustalla oli tarve saada Yhdysvaltain eri tutkimuslaitoksissa olevat tietokoneet – joita ei ollut tuolloin paljon – vaihtamaan tietoja keskenään. Yhdessä paikassa oleva tutkija voisi siis käyttää toisaalla fyysisesti olevaa konetta tietoverkon kautta.

Yhteydet olivat hitaita ja huonoja, ja ne katkeilivat, joten UCLA:ssa ollut tutkija Leonard Kleinrock ehdotti käytettäväksi tiedonsiirrossa paketteja. Yhden ison tiedoston siirtämisen sijaan tiedosto pilkotaan paketeiksi, jotka laitetaan verkon kautta menemään päämääräänsä, missä ne kasataan jälleen yhteen. Näin paketit voivat mennä eri piuhoja pitkin ja saapua jopa hieman eri ajassa perille, koska paketit oli merkitty siten, että ne pystyttiin harsimaan yhteen alkuperäiseksi tiedostoksi.

Tekniikka sain nimen TCP/IP, eli Transmission Control Protocol/Internet Protocol. Kleinrock testasi sitä luonnollisesti ensin laboratoriossaan, eli huoneessa, missä yllä oleva video on kuvattu. Ja sitten, 29.10.1969 protokollaa testattiin etäyhteydellä Stanfordin yliopiston kanssa. Se onnistui – melkein. Kun UCLA:sta koetettiin kirjautua sisään Stanfordin systeemiin, eli kirjoittaa "LOGIN", menivät vain kirjaimet L ja O perille, ennen kuin yhteys meni poikki. Maailman ensimmäinen viesti internetissä on siis kaksikirjaiminen sanan osa: "LO".

Tekniikka osoittautui toimivaksi ja sitä alettiin käyttää verkossa, joka oli nimeltään ARPANET. ARPA oli Yhdysvaltain puolustushallinnon tutkimuslaitos, joka rahoitti Kleinrockin työtä, ja se oli luonnollisesti kiinnostunut tekniikan sotilaskäytöstä. Ensisijaisesti verkolla haluttiin saada harvalukuiset tietokoneet mahdollisimman hyvin ARPA:n tutkijoiden käyttöön, mutta ylimääräisenä bonuksena tuli se, että verkko oli hyvin häiriönkestävä. Jos siis osa verkosta tuhoutui ja oli jostain syystä vain pois käytöstä, voitiin paketit siirtää kätevästi jotain toista kautta. Eli verkko oli hyvin luotettava ja sopi hyvin sotilaillekin.

ARPANET laajeni, muuttui vähitellen akateemisen tutkimusmaailman yleisverkoksi, kurottautui Yhdysvaltain ulkopuolelle ja lopulta se avautui myös ns. suurelle yleisölle sillä seurauksella, että nyt sinäkin voit lukea tätä ja katsoa videota netin kautta.

Olennaisessa osassa internetin yleistymisessä oli WWW, eli World Wide Web, joka kehitettiin Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNissä tutkijoiden apuvälineeksi: webin ja sen HTML-kielen avulla oli tarkoitus auttaa tutkimusraporttien ja muiden tieteellisten tekstien ristiinlinkkausta, eli niiden käyttämistä hypertekstinä. Klikkaamalla avainsanaa sai nopeasti auki toisen dokumentin, missä käsiteltiin samaa asiaa.

Aikanaan 1990-luvun alussa hyperteksti oli uutta ja ihmeellistä, mutta nyt sekin on arkipäivää ja kehittynyt paljon eteenpäin siitä, mitä se oli aikanaan.

Mutta WWW ja internet ovat siis eri asioita, ja kun kyse on netin keksinnästä, niin silloin katseet täytyy suunnata Kaliforniaan (tai yllä olevaan videoon).

Kiitokset kuvausmahdollisuudesta UCLA:lle ja järjestelyistä Eerik Mantereelle!