Konenäkötutkija Joni Kämäräinen haluaa luoda nerokkaan robotin, ladata minuuden tietokoneelle ja loksauttaa suut auki.

Tutustu tutkijaan -sarja

Teksti: Annikka Mutanen

Konenäkötutkija Joni Kämäräinen haluaa luoda nerokkaan robotin, ladata minuuden tietokoneelle ja loksauttaa suut auki.

Julkaistu Tiede -lehdessä 8/2012

Tämä professori näyttää luennoillaan Terminaattori ykköstä. Kiinnittäkää tekin huomiota kohtaan, jossa Arnold Schwarzeneggerin esittämä robotti etsii skannaamalla itselleen vaatteet ja moottoripyörän. Juuri sellaisten kykyjen rakentamisessa konenäön ja hahmontunnistuksen tutkija Joni Kämäräinen haluaa jonain päivänä onnistua.

– Jos se tapahtuu lähiaikoina, voin jäädä varhaiseläkkeelle. Mutta en usko että tarvitsee, hän sanoo.

Mitä Terminaattorista sitten vielä puuttuu, kun näkeviä robotteja jo vilistää maailmalla, jopa professorin Lappeenrannan-laboratoriossa? Suurin osa, Kämäräinen sanoo. Tekoäly on hänen mukaansa vielä lapsenkengissä.

Ihmisaivot ovat monissa asioissa ylivoimaiset. Ihminen tunnistaa hämmästyttävän tehokkaasti kymmeniätuhansia asialuokkia. Otetaan esimerkiksi tuoli. Niitä on valtavasti erilaisia, mutta ihminen tunnistaa salamannopeasti kaikki tuoleiksi. Ihminen tajuaa myös, että tauluun maalattua tai peiliin kuvastuvaa tuolia ei voi käyttää istumiseen. Tekoälyltä tämä on aivan liikaa vaadittu.

Ihmisen verrattoman päättelykyvyn takana ei ole niinkään äärimmäinen äly kuin nerokas laiskuus. Ihminen käyttää oikoteitä ja arvaa.

Jos muurin takaa näkyy pelkät hiukset – tai kalju – ihminen tietää, että siellä on ihminen. Jos ihmiselle näytetään kuva, hän pystyy päättelemään, mitä on tapahtunut ennen sen ottamista. Kone ei siihen pysty, koska ihmisaivojen toimintaa ei osata mallintaa.

Aivoissa pyörivä ohjelmisto on yhä mysteeri. Se ratkeaa, kun löytyy laskennallinen malli, joka pystyy matkimaan ja ennustamaan aivojen tapahtumia – myös niiden tekemiä virheitä.

– Me sen selvitämme, miten ihmisäly toimii, Kämäräinen uhoaa. "Meillä" hän tarkoittaa omaa tieteenalaansa, tietojenkäsittelytiedettä. Sitten hän pehmentelee hiukan. – Toki yhteistyössä kognitiotieteilijöiden ja psykologien kanssa.

Piti tulla elokuvaohjaaja

Lukiolaisena Kämäräinen uneksi elokuvaohjaajan ammatista. Kirjoitusten jälkeen Taideteollisen korkeakoulun ovet eivät auenneet, joten hänen piti valita jotain muuta.

– Koulut menivät hurlumhei, mutta matikasta sain pidettyä huolta. Mieleen oli jostain iskostunut, että kunhan matematiikan numero on hyvä, niin muulla ei ole väliä.

Sillä numerolla hän pääsi Lappeenrannan teknilliseen korkeakouluun, jonka nimi on nyttemmin vaihtunut teknilliseksi yliopistoksi.

– Otin opinto-oppaan käteen ja hämmästyin, että tietotekniikkaakin voi opiskella. Olin aina tykännyt tietokoneiden kanssa temppuilusta ja pelailusta.

Kämäräinen viihtyi opinnoissa. 1990-luvun puolivälissä tietojenkäsittelytieteen opiskelijoissa oli anarkistista henkeä, Iron Maiden -paitoja, pitkiä tukkia ja sen näköisiä miehiä, etteivät he olleet käyneet suihkussa pitkään aikaan.

– Se oli tekniikan hevirokkia. Muilla oli salkut ja suorat housut, Kämäräinen muistelee.

Rauha tutkia Kouvolassa

Laitoksen laboratoriossa vallitsi myös kunnianhimoinen tutkimusperinne. Laboratorion oli perustanut Erkki Oja, joka puolestaan oli Teuvo Kohosen, maailmalla palkitun hahmontunnistuksen pioneerin oppilas. Kämäräisen saapuessa laboratorion isä oli jo siirtynyt Espoon Otaniemeen, mutta henki oli jäljellä.

– Proffat olivat hänen oppilaitaan, ja heidän intonsa tarttui.

Kämäräinen väitteli tohtoriksi piirreirrotuksesta Gabor-suotimilla. Se tarkoittaa kasvojen löytämistä kuvasta matemaattisilla työkaluilla. Nyt hän on professorina omassa opinahjossaan.

– Ja väitän, että Gabor-suodatuksesta meidän ryhmällä on eniten tietoa maailmassa.

Kämäräinen asuu Lahdessa ja viettää suuren osan viikoistaan Lappeenrannan teknillisen yliopiston Kouvolan-sivupisteessä. Kesäisenä päivänä Kouvolan toimitila on lähes autio. Paikalla vilahtaa vain kaksi muuta ihmistä.

– Tykkään olla täällä, kun kukaan ei koputtele oviin eikä kysele hallintojuttuja. Olen kauhistunut opetusministerin vaatimuksesta, että kesälläkin pitäisi olla opetusta. Kesä on parasta aikaa tehdä tutkimusta!

Tavoitteet korkealla

Mitään robotin näköistä Kouvolan komeroista ei löydy. Tutkimukseen ei tarvita kovin kummallisia vimpaimia. Näkemisen hoitaa kamera ja tunnistamisen algoritmit.

– Melkein mikä tahansa kamera kelpaa, ja loppu on matematiikkaa, Kämäräinen tiivistää.

Eikä työpöydän syrjäinen sijainti Kouvolan Kasarminmäen takana estä asettamasta tavoitteita korkealle. Professori Kämäräinen esimerkiksi uskoo, että koko ihmisen minuus on koodattavissa tietokoneelle. Aivoissa kaikki on ladattuna hermosolujen kytkentöihin eli synapseihin.

Hiiren synapsit mahtuvat tietokoneen muistiin, ja Harvardissa ne on jo koodattu sinne. Muistit ovat nykyään riittävän suuria ja kasvavat edelleen. Ongelmana on, että hiiri piti tappaa ennen synapsien koodaamista. Ihmiselle niin ei voi tehdä, mutta aivoista voisi mahdollisesti saada kuvia, joihin synapsit tallentuvat.

Kun minuus on koodattu, mitä sillä voisi tehdä? – Ladata Alzheimer-potilaalle joka aamu synapsit takaisin päähän. Elää elämänsä parhaita hetkiä uudelleen, saada vanhana oman lapsen hetkeksi syliinsä, Kämäräinen pohtii.

Diabetestesti silmästä

Terminaattoria ja tietokoneelle ladattavaa minuutta odoteltaessa Kämäräinen pursuaa vähäisempiä ideoita. Hänen ryhmänsä on muun muassa kehittänyt sovelluksen, joka etsii diabeteksen ensi oireita silmänpohjasta.

Diabetes on verisuonitauti. Se näkyy jo varhaisvaiheessa silmänpohjassa verisuonien pullistumina ja rikkoutumina sekä pieninä rasvapisteinä. Hahmontunnistusohjelma pystyy erottamaan diabeetikon silmänpohjan terveestä.

Ryhmä tavoittelee tästä suomalaista käytännön innovaatiota: laitetta, johon jokainen terveystarkastuksessa kävijä katsoo. Laitteen tekemän löydöksen perusteella potilas voitaisiin lähettää jatkotutkimuksiin. Keksintöä on tarkoitus testata Tampereen yliopistollisen sairaalan kanssa.

Tekeillä on myös ohjelmisto, joka editoi automaattisesti kotivideoita. Se tunnistaa tapahtumattomuuden sekä liiallisen toiston ja leikkaa ne pois. Näin se tuottaa vaikkapa 20 minuuttia katsomiskelpoista hautajaisvideota.

Kouvolan ammattikorkeakoulun kanssa on kehitteillä virtuaalinen "jokamiehen" tele­visiostudio, jonka ansiosta suoria studiolähetyksiä voisi tehdä edullisesti vaikka harrastelijalaitteilla. Se voi mahdollistaa tavisten seuraavan aluevaltauksen tiedonvälityksessä. Twitter ja muu sosiaalinen media ovat jo haastaneet tekstipohjaiset uutisvälineet. Saman eteen joutuu kohta televisio.

Algoritmi löytää rötökset

Kouvolan kaupunginjohtajalle Kämäräinen on esittänyt hanketta, jossa kaikista Kouvolan turvakameroista kerätään yön kuvamateriaali. Hahmontunnistusohjelma etsii aineistosta poikkeavat tapahtumat ja tekee niistä viiden minuutin tiivistelmän. Poliisi voisi siitä nopeasti katsoa, mitä kaupungissa on yön aikana tapahtunut. Rikokset ovat luultavasti siivilöityneet mukaan. Lentokentillä tämän kaltaisia ohjelmia on jo kokeiltu. Hahmontunnistus huomaa videokuvista esimerkiksi yksinäiset matkalaukut ja tekee niistä hälytyksen.

Hahmo, englanniksi pattern, ei tarkoita vain kuvallista hahmoa, vaan kaikenlaisia tunnistettavia säännönmukaisuuksia. Internet on kerryttänyt massiivisen määrän tietoa, ja ihmisten sinne tuottamasta aineistosta voi ennustaa, ketkä heistä tekevät rikoksia.

Onko näissä mahdollisuuksissa kenties joitain eettisiä hankaluuksia?

– Aina on, kun tehdään jotain uutta. Mikä ikinä on keksittävissä, insinöörit keksivät sen. He keksivät atomipomminkin, vaikka varmasti tiesivät, miten vaarallinen se on. Poliitikkojen tehtävä on piirtää rajat sille, miten keksintöjä käytetään. Meille ne ovat vain kiinnostavia ongelmia.

Maine motivoi

Mikä tässä kaikessa eniten sytyttää? Pitkätukkaprofessori yllättää ja sanoo sen, minkä tieteentekijät harvoin ääneen tunnustavat.

– Aina puhutaan, että tärkeintä on ison ongelma ratkaisu, mutta kyllä mainekin on tärkeää. Suuren yleisön tietoon emme pysty nousemaan niin kuin Einstein, mutta meillä on halu näyttää omalle pienelle piirille, tehdä läpimurto, joka saa muilta suun loksahtamaan auki.

Tietojenkäsittelyssä akateeminen kisa leukojen loksauttamisessa on repivän kovaa. Moni Kämäräisen jatko-opiskelija on järkyttynyt siitä, kuinka vertaisarvioijat lyttäävät julkaistaviksi lähetettyjä tutkimuksia. Rakentavampi kritiikki olisi Kämäräisen mielestä hedelmällisempää. Nyt vain erittäin hyvät työt saavat arvostavaa palautetta. Loput rankataan huonoiksi.

Murskakritiikkiä tulee välillä professorillekin. Se ei ole riittänyt lannistamaan hänen innostustaan, eivätkä sitä horjuta muutkaan maalliset pikkuseikat.

– Tekisin tätä vaikka ilmaiseksi. Jos voisin työskennellä ruokapalkalla luostarissa ja saisin sinne opiskelijoita työtovereikseni, niin kyllä kelpaisi.

Opiskelija, etsi virhe

Opettajana Kämäräinen suosii luostariin sopivaa tekniikkaa, liitutaulua. Sen avulla voi ajatella yhtä matkaa oppilaiden kanssa. Hänen toiveensa opiskelijoille on, että nämä yrittäisivät löytää opettajan esityksestä jonkin virheen ja väittää vastaan.

– Luennoitsijana on vaikea hahmottaa, mikä opiskelijoille on epäselvää. Kun he kysyvät, saan selville, mihin pitää keskittyä.

Tällainen opetustapa on joillekin opiskelijoille raskas, mutta Kämäräiselle itselleen se oli opiskeluaikana antoisin. – Vaativilta opettajilta oppi eniten.

Kämäräinen ei usko, että opiskelijoilta puuttuisi älliä. Saman tien hän innostuu käymään neromyytin kimppuun. Hänestä on harhaluulo, että huippututkijat ovat poik­keuksellisen älykkäitä syntymästä saakka.

– Jo Edison sanoi, että tutkimuksesta 1 prosentti on inspiraatiota ja 99 prosenttia perspiraatiota. Lahjakkuus on sitä, että jaksaa.

Matematiikasta ja tekniikasta kiinnostunut nuori tekee Kämäräisen mukaan virheen, jos ei lähde opiskelemaan niitä vain siitä syystä, että ei mielestään ole tarpeeksi hyvä matikassa.

– Jos pidät matematiikasta ja se kiinnostaa, niin loppu tulee kovalla työllä, hän vakuuttaa.

Mutta pääsevätkö kaikki kiinnostuneet opiskelemaan?

– Ainakin Lappeenrantaan pääsee. Hiomattomia timantteja.

Joni KämäräinenIkä 38Syntynyt ja käynyt koulunsa Jyväskylässä. Asuu Lahdessa.Opiskellut tietojenkäsittelytiedettä Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa. Valmistui diplomi-insinööriksi 1999, väitteli tohtoriksi 2003 aiheena kasvojen löytäminen kuvasta matemaattisilla työkaluilla.Työ professorina Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa, alana konenäkö ja hahmontunnistus.Perhe lääkärivaimo, 1- ja 5-vuotiaat pojat.Harrastuksena talvella hiihtely, kesällä pyöräily.