Näissä autoissa on haitekkia kuin avaruusluotaimissa. Silti niiden rakentajat eivät ole varmoja, selviääkö yksikään kunnialla maaliin pian käytävässä kaupunkirallissa. Autoissa ei näet ole lainkaan kuljettajaa.


Silti niiden rakentajat eivät ole varmoja, selviääkö yksikään
kunnialla maaliin pian käytävässä kaupunkirallissa.
Autoissa ei näet ole lainkaan kuljettajaa.




Älkää huijatko! Kuljettajat kuitenkin kököttävät piilossa noissa autoissa. Näin yleisö huutelee, kun 23 älyautoa lokakuussa 2005 starttaa Mojaven autiomaata halkovalle Suuren haasteen kilparadalle.

Tuskin kököttävät, selviää Yhdysvaltain tämänvuotisen tiedeviikon, maailman suurimman tiedetapahtuman, robotiikkaseminaarin yleisölle, kun videonauha pyörii pidemmälle. Autojen meno on kuin ensimmäistä ajotuntiaan ottavan autokoululaisen, ja useimmat tekevät stopin kesken matkan.

- Tuo kilpailu oli todella tekoälykilpailu. Ensimmäisen kerran historiassa robotit päättivät itsenäisesti kaikesta, vakuuttaa videon esittäjä Sebastian Thrun, Stanfordin yliopiston tekoälytieteen professori. Hänen sanaansa ei ole syytä epäillä, sillä hänen johtamassaan laboratoriossa rakennettiin voittoisa Stanley, Volkswagen Touaregista muunneltu robottiauto, joka suoritti 210 kilometrin kilpailureitin 6 tunnissa 53 minuutissa ja 8 sekunnissa.

Kun Stanleyn vanavedessä maaliin saapui neljä muutakin autoa, alkoi hulabaloo. Yleisö hurrasi, voittajat tuulettivat, ja media tungeksi kuin urheilukilpailuissa konsanaan. Innostuksen ymmärtää, kun tietää, että ensimmäinen, maaliskuussa 2004 käyty älyautokisa päättyi fiaskoon: suurin osa kilpailijoista ei päässyt lähtöaluetta pidemmälle, ja paras ajoi 230 kilometrin taipaleesta vain 12 kilometriä.

Raikuvimmat aplodit Suuren haasteen saavutuksille annettiin kuitenkin kenties Yhdysvaltain puolustusvoimissa.




Älyautoa ajaa tekoäly


Todellisten älyautojen ohjaus, vaihteisto, kaasutin ja jarrut toimivat täysin automaattisesti. Näitä hoitavan älykkään ohjauspäätteen lisäksi autot käyttävät erilaisia paikantimia, ilmaisimia ja tietokoneohjelmia. Stanfordin yliopiston Juniorista löytyy muun muassa seuraavanlaista tekniikkaa.


Paikannus
- satelliittipaikannusjärjestelmä GPS
- paikannustiedontarkennin VBS
- asento- ja paikkatiedon inertiajärjestelmä IMU
- pyörien matkamittarit ja nopeudentunnistimet
Määrittävät auton sijainnin 50 senttimetrin  ja asteen 50. osan tarkkuudella.


Ympäristön hahmotus
- 8 lidar-kartoitinta, joissa 68 laseria
- 6 stereovideokameraa
- tutka
Tarkentavat sijainnin viiteen senttimetriin. Tuottavat ajantasaista, kolmiulotteista näkymää 360 asteen laajuudelta ja 200 metrin matkalta.


Tiedonkäsittely
- Laitteina 2 Intelin palvelinta ja 10 prosessoria, jotka ottavat dataa vastaan 200 kertaa sekunnissa.
- Käyttöjärjestelmänä Linux
- Ohjelmina 500 algoritmia, joissa muun muassa seuraavat oppivat moduulit:
1. mapperi, tulkitsee paikka-, mittaus- ja kuvatiedot
2. lokalisaattori, yhdistää tiedot
3. planneri, tekee suunnitelmat ja päätökset
4. kontrolleri, välittää päätökset ohjauspäätteelle.
Informaation tulosta toimintaan kuluu aikaa noin 300 millisekuntia.


Takana armeijan tarpeet

Älyautokilpailut ovat Yhdysvaltain puolustusvoimien tutkimusyksikön Darpan, Defense Advanced Research Projects Agencyn, idea. Se käynnisti hankkeen sen jälkeen, kun kongressi vuonna 2001 määritteli uudelleen armeijan operatiivisia toimintatapoja ja asetti tavoitteeksi, että vuonna 2015 joka kolmas sotilasajoneuvo toimii itsenäisesti ilman kuljettajaa. Tarkoituksena on säästää ihmishenkiä vaativilla sotatoimialueilla, joilla erilaiset räjähteet kylvävät arvaamatonta tuhoa.

Julkiset autokilpailut istuvat hyvin Darpan toiminta-ajatukseen. Organisaatio ei näet tee omaa tutkimusta, vaan se innostaa muita tutkimuslaitoksia edistämään ideoitaan rahoittamalla niiden toimintaa. Suuren haasteen alla se antoi yhdelletoista kärkitiimille miljoonan dollarin pesämunan kullekin, ja samalla tavoin se on menetellyt tulevan kilpailun aattona.

Myös palkinnot ovat hulppeat. Voittajalle on luvassa kaksi miljoonaa dollaria, kakkonen saa miljoonan ja kolmonen 500 000 dollaria.

Mitkä kärryt tahansa eivät pääse palkintorahoista kisaamaan. Karsinta on tiukka. Tämänvuotiseen kilpailuun ilmoittautui alun perin 89 joukkuetta Yhdysvalloista, Saksasta, Ranskasta, Kanadasta ja Meksikosta.

Videonäytteiden perusteella Darpa kelpuutti niistä jatkoon 53. Kesällä ajetuista kenttäkokeista se valitsi 36 semifinalistia. Tämän kuun viimeisellä viikolla ne ajavat välierät, joista 20 parasta selviytyy 3. marraskuuta käytävään finaaliin.


Kaupunki huima haaste

Tiukkaa karsintaa selittää osaltaan se, että Darpa on nostanut kilpailun vaatimustasoa. Tulevassa rallissa autot eivät posota peräkkäin autiomaassa vaan liikkuvat kaupungissa, joskin vielä pienehkössä, sillä metropolien ruuhkiin autoja ei sentään tohdita laittaa.

Darpan elokuisen ilmoituksen mukaan Urbaani haaste ajetaan Los Angelesin lähistöllä sadantuhannen asukkaan Victorvillessä, missä armeijalla on kaupunkimanöövereihin valmentava koulutuskeskus. Sen kortteleihin on helppo pystyttää sadan kilometrin mittainen kilpailureitti, joka sisältää kaikki kaupunkiliikenteen elementit nopeusrajoituksineen, kaistanvaihtoineen, risteyksineen, liikenneympyröineen ja parkkipaikan etsintöineen.

- Urbaani haaste on aivan eri luokkaa kuin Suuri haaste, Sebastian Thrun myöntää.

- Nyt ei riitä, että autot hoksaavat ja kiertävät kiinteät esteet ja pysyvät tiellä. Niiden on ymmärrettävä ympäristöään. Niiden on tunnettava liikennesäännöt. Niiden on seurattava muiden tiellä liikkujien tekemisiä ja nopeuksia ja ennakoitava niiden aikomukset. Lyhyesti sanoen niiden on toimittava kuin niillä olisi Kalifornian ajokortti, Thrun luonnehtii.

Ei siis ihme, että kisaan pyrkivät joukkueet ovat virittäneet ajokkejaan viimeisen päälle. Monet tuovat Victorvilleen kokonaan uuden älykärryn. Niin myös Thrunin tiimi.


Hyväkin äly voi pettää

Stanleyn seuraaja on Volkswagen Passatiin rakennettu Junior, kuten pikkuveljen sopii ollakin, mutta nimen ei pidä antaa hämätä. Varusteissa Junior päihittää isonveljensä, vaikka siinäkin oli tietotekniikkaa enemmän kuin kuumatkoja tehneissä Apolloissa.

Juniorin näköaistina toimii useita videokameroita, tutka ja kymmenittäin lasereita. Paikka- ja suunta-aistin tehtäviä hoitavat huipputehokkaat paikantimet ja asennontunnistimet. Älystä huolehtivat oppivat algoritmit, jotka yhdistävät ja tulkitsevat sensoreiden keräämän aineiston, tekevät päätökset ja panevat auton toteuttamaan ne.

Kaikkea tätä pyörittämään tarvitaan tietysti järeät aivot. Juniorilla onkin rahkeita neljä kertaa enemmän kuin Stanleylla. Kun Stanley jauhoi tietoa kuudella prosessorilla, Junior käyttää kymmentä entistäkin tehokkaampaa suoritinta.

Loistovarustuskaan ei välttämättä takaa menestystä. Tekniikka on vielä kehitysvaiheessa, ja mitä tahansa voi sattua. Thrun saattaa kuvitella, kuinka yhtä aikaa risteykseen saapuvat autot jähmettyvät sijoilleen prosessoimaan, kenellä on etuajo-oikeus ja kenen kuuluu väistää. Ihmiset selvittävät tällaiset tilanteet käsimerkeillä, mutta roboteille keskinäistä kommunikointia vasta kehitetään.

Hankaluudet tietäen Thrun ei käy veikkaamaan Juniorille voittoa. Itse asiassa voitto ei tunnu edes olevan kaikki kaikessa. Tärkeintä olisi, että ainakin osa autoista pääsisi kunnialla maaliin. - Se olisi voitto robotiikalle - ja tulevaisuuden autoilulle.


Eniten hyötyvät siviilit

Älyautojen kehittäjät tähtäävät itse asiassa taistelutantereita pidemmälle, olkoonkin, etteivät he pidä sotilaiden turvaamista mitenkään mitättömänä tavoitteena. He vain vakaasti uskovat, että älyautoista hyötyvät viime kädessä eniten siviilit - kuten monista muistakin alkuaan sotilaallisista innovaatioista. Esimerkiksi nykyiset transistorit olivat alun perin Darpan tekniikkaa, ja internet luotiin sotilaallisen tietoverkon Arpanetin pohjalle.

- Maailman liikenneonnettomuuksissa kuolee joka vuosi miljoona ihmistä, ja yhdeksän kolaria kymmenestä johtuu inhimillisestä erehdyksestä. Tilastot kaunistuvat, jos me onnistumme siinä, mitä olemme tekemässä, ja autoja alkavat ajaa aina valppaat ja tarkat robotit haparoivien, huolimattomien, ärtyneiden tai rajojaan kokeilevien ihmiskuskien sijaan, Thrun arvioi.

Hän lupaa myös parannusta elämänlaatuun. - Tuskailu liikenteessä vähenee, vammaisten itsenäisyys lisääntyy, vanhukset eivät jää eristyksiin, ja lapset pääsevät harrastuksiinsa stressaamatta vanhempiaan, Thrun visioi eikä ollenkaan epäile, etteivät ihmiset luottaisi henkeään robottien käsiin.

- Autoissa on jo älykästä turvatekniikkaa, ja lisää halutaan. Lentokoneita on lennetty vuosia autopiloteilla, joten autoilussakin seuraava looginen askel on itse itseään ajava auto. Kymmenen vuoden kuluttua ne ovat valtateillä ja kahden-kolmenkymmenen vuoden kuluttua niillä ajatetaan kaikkialla, Thrun ennustaa.

Entä ajamisen nautinto, koetan esittää. - Ken haluaa, ajaa itse. Kenenkään ei ole pakko käyttää automatiikkaa - mutta jos olet kuolemanväsyneenä tai rankkasateessa lähdössä töistä kotiin, etkö sinä turvautuisi automaattiohjaukseen?


Urbaani haaste: www.darpa.mil/grandchallenge/index.asp 
Sivusto tarjoaa perustiedot kilpailusta ja yhteydet 36:n semifinaaliin selvinneen älyauton kotisivuille.
Autojen turvatekniikkaa:
Älykäs auto korjaa kuljettajan virheitä. Tiede 2/2004, s. 12-13.

Alzheimerin tautiin tarkoitettu lääke auttoi unien hallintaa.

Jos haluat hallita uniasi, se voi onnistua muistisairauden hoitoon tarkoitetulla lääkkeellä. Lääke virittää ihmisen näkemään niin sanottuja selkounia, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Selkounessa ihminen tiedostaa näkevänsä unta ja pystyy jopa vaikuttamaan siihen.

Joka toinen ihminen on mielestään nähnyt selkounen ainakin kerran elämässään. Joka neljäs näkee niitä kuukausittain, arvioi parin vuoden takainen tutkimuskatsaus.

Alzheimerlääke auttoi tuoreessa yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa koehenkilöitä selkouniin. Koehenkilöistä nuori nainen onnistui unessa rullaluistelemaan tavaratalossa, kun oli ensin suunnitellut sitä valveilla.

”Luistelimme ystäväni kanssa pitkin käytäviä. Oli niin hauskaa, että upposin täysillä uneen mukaan”, 25-vuotias nainen kuvailee.

Unet olivat koehenkilöiden mukaan lääkkeen vaikutuksesta todentuntuisempia kuin ilman lääkettä. Yhdysvaltalainen tutkimus julkaistiin Plos One -lehdessä.

Kokeessa tutkijat harjoittivat yli 120 eri ikäistä koehenkilöä näkemään selkounia. Ryhmään oli valkoitunut ihmisiä, jotka muistavat unensa hyvin ja ovat kiinnostuneita selkounista.

He opettelivat tekniikoita, joiden pitäisi helpottaa selkouneen pääsyä. Pitkin päivää ja ennen nukkumaan menoa voi esimerkiksi toistella itselleen, että kun näen unta, muistan näkeväni unta.

Unia voi visualisoida eli harjoitella mielessään etukäteen. Selkouneen päästyään voi tehdä todellisuustestejä, kuten onnistuuko seinän läpi käveleminen tai leijuminen.

Lääkekokeessa, jota johti selkounien uranuurtaja Stephen LaBerge, koehenkilöt saivat galantamiinia. Sitä käytetään lievän tai kohtalaisen vaikean Alzheimerin taudin hoitoon.

Lääke terästää asetyylikoliinin määrää aivoissa. Asetyylikoliini huolehtii viestien välityksestä aivosolujen välillä, virkistää muistia ja kiihdyttää rem-unta. Juuri remvaiheessa ihminen näkee yleisimmin unia.

Suurimman annoksen galantamiinia saaneista 42 prosenttia pystyi kuvauksensa mukaan selkouniin. Osuus oli huomattavasti suurempi osa kuin muissa koeryhmissä.

Koehenkilöiden unta ei mitattu unilaboratorioiden laitteilla, joilla tallennetaan silmien liikkeitä ja elintoimintoja. Tulokset perustuivat koehenkilöiden kertomaan.

LaBerge seurasi kuitenkin toisessa tuoreessa tutkimuksessaan silmien liikkeitä unennäön aikana. Silmien liikkeet kiihtyvät rem-unen aikana.

Kun koehenkilöt siirtyivät selkouneen, he liikuttivat silmiään ennalta sovitusti vasemmalta oikealle. Sitten heidän piti seurata unensa kohteita, joita he olivat ennalta visualisoineet.

Silmät liikkuivat sulavasti, samoin kuin ihmisen seuratessa katseella todellista kohdetta. Kuviteltua kohdetta seuratessa silmät liikkuvat nykäyksittäin.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -lehdessä.

Kysely

Oletko nähnyt selkounta?

mdmx
Seuraa 
Viestejä5205
Liittynyt23.11.2009

Viikon gallup: Oletko nähnyt selkounta?

Käyttäjä4499 kirjoitti: Mikä on mt häiriö? Kuten sanoin, minusta lääkkeen käyttö tuohon tarkoitukseen on arveluttavaa. Siinä mennään ehkä peruuttamattomasti alueelle, jonne ei pitäisi mielestäni olla mitään asiaa suoranaisesti. Ehkä en nyt vain ymmärrä tarvetta nähdä hallittua "unta" - miksi ei vain kuvitella? Jos "hourailet" saman, tunnet sen varmaan voimakkaammin. Mutta toisaalta et ole siitä niin tietoinen kuin hereillä ollessa, vai mitä? Niin siis, siinä nimenomaan on täysin tietoinen että...
Lue kommentti
Hirmun anatomia on selvinnyt sääsatelliittien mikroaaltoluotaimilla. Ne näkevät pilvien läpi myrskyn ytimeen ja paljastavat ukkospatsaat, joista myrsky saa vauhtinsa. Kuva: Nasa/Trimm

Pyörivät tuulet imevät energiansa veden lämmöstä.

Trooppiset rajuilmat tappoivat vuosina 1995–2016 lähes 244 000 ihmistä, koettelivat muuten 750 miljoonaa ihmistä ja tuhosivat omaisuutta runsaan 1 000 miljardin dollarin arvosta, enemmän kuin mitkään muut mullistukset, esimerkiksi tulvat tai maanjäristykset.

Näin arvioi maailman luonnonkatastrofeja tilastoiva belgialainen Cred-tutkimuslaitos raporteissaan, joissa se laskee katastrofien pitkän aikavälin inhimillistä hintaa.

Myrskytuhot ovat panneet myrskytutkijat ahtaalle. Kaikki tahtovat tietää, mistä näitä rajuilmoja tulee. Lietsooko niitä ilmastonmuutos?

Lämpö alkaa tuntua

Näihin asti tutkijapiireissä on ollut vallalla käsitys, jonka mukaan hirmuista ei voi syyttää ilmastonmuutosta vielä kotvaan. Se alkaa voimistaa myrskyjä vasta pitkällä aikajänteellä.

Nyt hurjimpia myrskyjä on kuitenkin alettu kytkeä ilmaston lämpenemiseen. Esimerkiksi alkusyksystä 2017 Maailman ilmatieteen järjestö WMO arvioi, että lämpeneminen todennäköisesti rankensi elokuussa Houstonin hukuttaneen Harvey-myrskyn sateita.

Jotkut tutkijat ovat puhuneet kytköksistä jo vuosia.

Esimerkiksi Kerry Emanuel, Massachusettsin teknisen yliopiston myrskyspesialisti, laski 2005, Katrinan runnottua New Orleansia, että Atlantin ja Tyynenmeren myrskyt ovat nykyään 60 prosenttia voimakkaampia kuin 1970-luvulla.

Keväällä 2013 Nils Bohr -instituutin Aslak Grinsted raportoi, että lämpenemiskehitys vaikuttaa myrskyissä syntyviin tulva-aaltoihin.

Kun maapallon keskilämpötila nousee 0,4 astetta, myrskytulvien määrä tuplaantuu. Tämä rajapyykki on jo ohitettu. Kun lämpötila nousee kaksi astetta, tulvat kymmenkertaistuvat. Silloin superrajuja myrskyjä hyökyy Atlantilta joka toinen vuosi. Tähän asti niitä on nähty kerran 20 vuodessa.

Meri lämpenee otollisesti

Tärkein myrskyjä ruokkiva muutosvoima löytyy sieltä, mistä myrskyt ammentavat energiansa ja mihin ilmastonmuutoksen nähdään vaikuttavan: meriveden lämpötilasta. Se kehittyy myrskyille otolliseen suuntaan.

Esimerkiksi Meksikonlahdella, hurrikaanien voimanpesässä, on mitattu jopa pari astetta tavallista korkeampia meriveden lämpötiloja.

Kun Haiyan, yksi kaikkien aikojen kovimmista taifuuneista, marraskuussa 2013 jätti kaksi miljoonaa filippiiniläistä kodittomiksi, meri oli myrskyn syntyalueella vielä sadan metrin syvyydessä kolme astetta normaalia lämpimämpi.

Meressä tapahtuu muutakin epäedullista: pinta nousee. Se kasvattaa myrskyjen nostattamia tulva-aaltoja, jotka usein saavat aikaan pahinta tuhoa.

 

Näin hirmumyrsky kehittyy

Hirmun syntymekanismi on sama kaikkialla, vaikka nimitykset vaihtelevat. Atlantilla ja Amerikan puoleisella Tyynellämerellä puhutaan hurrikaaneista, Aasian puolella taifuuneista ja Intian valtamerellä ja Oseaniassa sykloneista. Grafiikka: Mikko Väyrynen

 

Trooppisia hirmumyrskyjä syntyy päiväntasaajan molemmin puolin 5. ja 25. leveyspiirin välillä. Päiväntasaajalla niitä ei muodostu, sillä sieltä puuttuu coriolisvoima, jota myrsky tarvitsee pyörimiseensä

Kehittyäkseen myrsky vaatii tietynlaiset olot. Suursäätilan pitää olla laajalla alueella epävakaa ja ukkossateinen ja meriveden vähintään 26 asteista 50 metrin syvyydeltä. Lisäksi tuulien pitää puhaltaa heikosti 12 kilometrin korkeuteen asti. Voimakkaissa virtauksissa myrskynpoikanen hajoaa.

1. Merestä nousee lämmintä, kosteaa ilmaa. Se kohoaa nopeas­ti ja tiivistyy ukkospilviksi, jotka kohoavat 10–15 kilometrin korkeuteen. Samalla vapautuu lämpöä, mikä ruokkii matalapainetta.

2. Fysiikan säilymislakien mukaan ylös kohoavan ilman tilalle virtaa ympäriltä korvausilmaa, jolloin ilmanpaine alueella laskee.

3. Lämpöä kohoaa ylös yhä laajemmalti, ukkospilvien jono venyy, ja ilman virtausliikkeet voimistuvat. Ilmanpaine laskee lisää, ja alueelle syntyy liikkuva matalapaineen keskus.

4. Paine-ero tuottaa voiman, joka alkaa pyörittää tuulia kiihtyvää vauhtia. Maan pyörimisliikkeestä aiheutuva coriolisvoima kiertää niitä spiraalin lailla vastapäivään kohti matalan keskusta. Kun tuulen sekuntinopeus nousee yli 33 metrin, on syntynyt trooppinen hirmumyrsky.

Hurjimmissa myrskyissä tuulen nopeus nousee 70–90 metriin sekunnissa. Pyörteen halkaisija vaihtelee puolestaan 400 kilometristä 1 000 kilometriin.

5. Myrskyn voimistuessa sen ylle muodostuu korkeapaine, joka pyörii tuulia vastaan. Laskeva ilmavirtaus kuivattaa ja lämmittää keskusta, ja se seestyy myrskynsilmäksi.

6. Silmää kiertävät tuulet sekoittavat tehokkaasti meren pintaa 50–100 metrin syvyydeltä. Kun lämmintä vettä painuu syvyyksiin ja viileää kohoaa pintaan, ”lämpövoimala” jäähtyy ja hitaasti liikkuva myrsky voi heikentyä. Nopeaan myrskyyn jarru ei ehdi vaikuttaa, ja silloin kumpuava vesi voi loppumatkasta muuttua vaaralliseksi.

7. Kun ranta lähestyy ja meri madaltuu, tuulet pakkaavat vettä myrskyn tielle tulva-aalloksi, joka syöksyy myrskyn mukana maalle tuhoisin seurauksin.

Maalle saavuttuaan myrsky laantuu, kun se ei enää saa käyttövoimaa meren lämmöstä.

 

Tuula Kinnarinen on Tiede-lehden toimitussihteeri.

Julkaistu Tiede-lehdessä 1/2014. Päivitetty 12.9.2018.