Kameran ja spektrometrin yhdistelmä kuvaa kohta jopa mielialat.

Tekniikka-palsta

Teksti: Kalevi Rantanen

Kameran ja spektrometrin yhdistelmä kuvaa kohta jopa mielialat.

Julkaistu Tiede -lehdessä 9/2012

Terroristi kävelee lähtöselvitykseen. Hän on suunnitellut kaiken pienimpiä yksityiskohtia myöten. Hän osaa esiintyä vakuuttavasti ja pitää naamansa peruslukemilla.

Hän on unohtanut vain yhden seikan: hyperspektrikameran.

Turvallisuusvirkailija viittaa terroristin luokseen. Kamera on havainnut hänen kasvoillaan vähäisen muutoksen veren happipitoisuudessa. Se kertoo ylimääräisestä jännityksestä. Tarkastus takahuoneessa vahvistaa epäilyt, ja terroristi jää kiinni.

Juttu on tieteisfantasiaa – vain puoliksi. Britanniassa Cranfieldin yliopiston tutkijat ovat jo pystyneet hyperspektrikameralla näkemään kasvoista stressin aiheuttamia, tahdosta riippumattomia muutoksia. Tavallisessa kuvassa ne jäävät näkymättömiin. 

Ihmisen aikeiden tunnistus on vielä varhaisessa vaiheessa, mutta melkein yhtä hämmästyttäviä asioita hyperspektrikameralla saadaan jo esiin: mineraaleja, väärennettyjä seteleitä, huumeviljelmiä.

Kuvasta tulee kuutio

Nykyaikaisen digikameran kuva muodostuu kuvapisteistä eli pikseleistä. Kun kameraan yhdistetään spektrometri, saadaan hyperspektrikamera, joka kuvaa jokaisen kuvapisteen spektrin. Samalla kuvaus laajenee näkyvästä valosta infrapunavaloon.

Spektrien ansiosta kohteesta syntyy yhden kaksiulotteisen kuvan sijaan paksu pino kuvia. Niistä taas muodostuu spektrikuvakuutio, jonka koostumus vaihtelee kohteesta toiseen, sillä jokainen aine heijastaa tai lähettää säteilyä itselleen ominaisilla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla.

Spektrien perusteella pystytään erottamaan vaikkapa kasvilajeja toisistaan. Jokaisella viljelykasvilla ja rikkaruoholla on oma spektrinsä, yhtä yksilöllinen kuin sormenjälki.

Spektrejä voi verrata tietoihin, jotka on tallennettu aineiden sormenjälkiarkistoihin eli spektrikirjastoihin. Kun tutkijat haluavat löytää vaikkapa hematiittia, erästä rautamineraalia, he mittaavat ehdokasalueen spektrin ja vertaavat sitä hematiitin mallispektriin. Vastaavuus osoittaa esiintymät.

Avaruudesta alaspäin

Hyperspektrikameroiden historia ulottuu melko kauas. Ensimmäisiä mittauksia tehtiin jo 1970-luvulla. Esimerkiksi Landsat-satelliitti kuvasi maapallon pintaa neljällä 100–200 nanometrin kanavalla. Kuva oli vielä epätarkka mutta kertoi, että 20 nanometrin erotuskyvyllä mineraalien määritys onnistuisi.

Seuraavalla vuosikymmenellä Yhdysvalloissa kehitettiin spektrikamera Aviris, joka kuvasi maapalloa toisinaan uskomattomalla tarkkuudella. Vuonna 1992 Nasan tutkimuslentokone ER-2 näki Aviriksella kahdenkymmenen kilometrin korkeudesta sentin mittaisen katkaravun, joka uiskenteli haihdutusaltaassa Kaliforniassa.

Saavutukset kasvattivat intoa. Suomessakin teknologian tutkimuskeskus VTT kehitti oman hyperspektrikameran. Laitteita valmistamaan syntyi yritys, Specim Oy. Suomalaiset pääsivät nopeasti alan mestaruussarjaan, ja nykyisin Specimin laitteita käytetään ympäri maailmaa. Niillä tutkittiin muun muassa Meksikonlahden öljykatast­rofia ja Unkarissa tapahtunutta myrkyllistä lietevuotoa.

Kohti pokkarikokoa

Alussa hyperspektrikamerat olivat kookkaita, mutta tekniikan yleis­tyessä ja kysynnän kasvaessa haluttiin entistä pienempiä ja edullisempia laitteita. Kameran paino onkin pudonnut useasta kilosta alle viiteensataan grammaan.

Keveys mahdollistaa entistä enemmän sovelluksia. Laite mahtuu viime aikoina yleistyneisiin  miehittämättömiin lennokkeihin. Se sopii maanviljelijän käteen mittariksi, jolla voi tutkia lannoitteiden, kosteuden, typen ja muiden aineiden jakautumista pellolla.

Käyttökohteet eivät toki rajoitu ulkoilmaan. Sisätiloissakin hyperspektritekniikasta on monenlaiseen laadunvalvontaan.

Lääkärit tutkivat yksittäisten syöpäsolujen molekyylikoostumusta, ja lääketehdas seuraa vaikuttavan aineen jakautumista tabletissa. Lähikauppias voi tarkkailla omenoiden ja appelsiinien laatua.

Tavallinen kamera on pienentynyt isosta laatikosta kännykkäkameraksi. Kännykkäkoon hyperspektrikamerakin olisi jo teknisesti mahdollinen. Ehkä meillä kaikilla on jonain päivänä oma pieni hyperkamera.

Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja

Spektri kertautuu

Spektri Ominaisuuden jakauma aallonpituuden mukaan aaltoalueella eli aaltokaistalla– Multispektri Muutamien aaltokaistojen spektrien yhdistelmä– HyperspektriSatojen aaltokaistojen spektrien yhdistelmä

Nykyisiä käyttökohteita– Geologisten porausnäytteiden tutkinta– Jätteiden lajittelu– Lumipeitteen mittaaminen– Näyttöjen laadunvalvonta– Parketin pinnan poikkeamien tunnistus– Saasteiden tunnistus– Sotilastiedustelun etsintäoperaatiot– Suolakurkkujen laadunvalvonta– Väärennösten tunnistus– Öljypalmujen sieni-infektioiden tunnistus

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25737
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1186
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.