Professori Reza Ghabcheloo: autonomiset liikkuvat koneet helpottavat työtä ja luovat talouskasvua

Kun tutkimusryhmän nimi on Autonomiset liikkuvat koneet, ensimmäisenä mieleen tulevat tieteiselokuvan lentävät autot ja älykkäät ihmisenkaltaiset robotit.

Robotiikkaa ryhmässä tutkitaankin, mutta arkisemmissa sovelluksissa. Tutkimuksen kohteena ovat esimerkiksi itseohjautuvat pyöräkuormaajat, metsäkoneet ja satamanosturit, jotka suorittavat raskaita töitä ihmisten apuna ja puolesta. 

– Nämä koneet rakentavat meille koteja, katuja ja infrastruktuuria, kantavat painavia kuormia, hallitsevat varastoja ja työskentelevät satamissa ja kaivoksissa. On palkitsevaa kehittää niistä entistä turvallisempia ja tehokkaampia, kertoo tutkimusryhmän johtaja, raskaiden koneiden automaation professori Reza Ghabcheloo Tampereen yliopistosta.

Teollisuudelle autonomiset koneet tuovat paljon hyötyjä. Ensinnäkin ne voidaan ohjelmoida tekemään töitä itsenäisesti, mikä vähentää ihmistyövoiman tarvetta raskaissa töissä. Koneita voidaan myös automatisoida osittain, jolloin niiden käyttö on kuljettajalle helpompaa ja edellyttää vähemmän koulutusta.

Koneet ja niiden ohjelmistot vaativat kuitenkin vielä kehittämistä, jotta ne osaisivat suorittaa monimutkaisia tehtäviä tarkasti ja turvallisesti. Tätä tutkimusta Ghabcheloon ryhmä tekee tiiviissä yhteistyössä alan yritysten kanssa.

Sukellusveneet vaihtuivat raskaisiin työkoneisiin

Reza Ghabcheloo on työskennellyt tutkijana Tampereen yliopistossa ja sen edeltäjässä, Tampereen teknillisessä yliopistossa, vuodesta 2008. Vuonna 2015 hänet nimitettiin Tenure track -professoriksi ja helmikuussa 2023 professoriksi.

Alun perin Ghabcheloo on kotoisin Iranista, jossa hän opiskeli elektroniikkaa ja ohjaustekniikkaa. Valmistuttuaan diplomi-insinööriksi hän pääsi väitöskirjatutkijaksi Portugaliin, Lissabonissa sijaitsevaan robotiikan alan instituuttiin. Väitöstutkimuksessaan hän kehitti merenkulkuun liittyviä, useiden alusten yhteisohjausjärjestelmiä. 

– Olen aina pitänyt mekaniikasta, matematiikasta ja monimutkaisten ongelmien ratkaisemisesta. Robotit ovat tässä suhteessa täydellisiä: ne ovat mekaniikaltaan monimutkaisia, vaativat elektroniikkaa ja ohjelmistoja toimiakseen ja edellyttävät hienoa matematiikkaa niiden älykkyyttä ja suunnittelua varten. Tämä on juuri sitä, mistä nautin, hän sanoo.

Tampereelle Ghabcheloo päätyi, kun täällä haettiin robotiikan alan osaajaa Suomen Akatemian rahoittamaan huippuyksikköön. Täältä ei kuitenkaan löytynyt laivoja ja sukellusveneitä, joten tutkimuksen näkökulma vaihtui raskaisiin työkoneisiin.

Vuosien varrella Ghabcheloon tutkimusryhmä on kasvanut noin 20-henkiseksi. Ryhmään kuuluu neljä postdoc-tutkijaa, seitsemän väitöskirjatutkijaa ja useita diplomityöntekijöitä, joiden taustat ovat eri puolilla maailmaa.

Professorin työssä, varsinkin näin ison tutkimusryhmän johtajana, aiempaa pienempi osuus Ghabcheloon työajasta kuluu tutkimukseen ja suurempi osuus johtamiseen ja hallintoon. Tämä on vaatinut hieman totuttelua.

– Ihmisten johtaminen ja ohjaaminen ovat asioita, joita teen mielelläni, ja koitan kehittää myös hallinnollisia taitojani, Ghabcheloo naurahtaa.

Turvallisuus on edelleen iso haaste

Kun ihminen ohjaa raskasta työkonetta, hän havainnoi jatkuvasti ympäristöään ja tekee päätöksiä, miten ja mihin suuntaan konetta tulisi kuljettaa.

Jos kone halutaan ohjelmoida tekemään tehtäviä itsenäisesti, sen tulisi tehdä sama havainnointi, tiedon prosessointi ja päätöksenteko automaattisesti. Tähän tarvitaan erilaisia sensoreita sekä monimutkaista tiedonsiirtoa ja -käsittelyä.

Ghabcheloon ryhmässä kehitetään esimerkiksi sitä, miten kone paikantaa itsensä ja ympäröivät kohteet tutkien ja muiden sensoreiden avulla. Tavoitteena on opettaa koneita hoitamaan monimutkaisia tehtäviä tarkasti ja tehokkaasti, ilman ihmisen suoraa ohjausta. Lisäksi ryhmässä on tutkittu, kuinka lisääntynyt automaatio muokkaa tulevaisuuden bisnesmaailmaa ja turvallisuusmääräyksiä.

Tähän saakka autonomisia työkoneita on yleensä käytetty rajatuilla alueilla, joihin ihmisillä ei ole suoraa pääsyä. Tavoitteena kuitenkin on, että autonomiset ja ihmisten kuljettamat koneet voisivat työskennellä turvallisesti yhdessä tai toistensa läheisyydessä. Siksi on erityisen tärkeää varmistaa, että koneet eivät törmää ihmisiin tai toisiinsa.

– Turvallisuus on edelleen iso haaste. Käytämme koneoppimista älykkyyden luomiseen, mutta ei ole silti helppoa varmistaa, että koneet tekevät aina oikeita ratkaisuja, Ghabcheloo kuvailee.

Kuva: Jonne Renvall, Tampereen yliopisto

Vahva yhteys teollisuuteen

Reza Ghabcheloon johtama kansainvälinen tutkimuskonsortio sai juuri rahoituksen isolle eurooppalaiselle hankkeelle, johon rekrytoidaan 13 tohtoriopiskelijaa kehittämään autonomisia liikkuvia koneita. Viisi heistä tulee Tampereen yliopistoon.

Hankkeessa on mukana viisi yliopistoa Suomesta, Saksasta ja Ruotsista sekä joukko johtavia alan yrityksiä.

– Meillä on vahva yhteys teollisuuteen. Ryhmässämme on opiskelijoita ja hankkeita, joita yritykset rahoittavat, sekä konsortiohankkeita, joissa on mukana useita yrityksiä, Ghabcheloo kertoo.

Tampere on erityisen hyvä paikka tehdä alan tutkimusta, sillä suurin osa maailman älykkäistä liikkuvista koneista tulee juuri Tampereen seudulta. Täällä kehitetään ja valmistetaan autonomisia koneita esimerkiksi kaivoksiin, satamiin sekä maa- ja metsätalouden käyttöön.

Ghabcheloon mukaan ala myös kasvaa nopeasti.

– Toivomme, että autonomiset koneet, joiden kehittämiseksi teemme kovasti töitä, lisäävät kilpailukykyä, talouskasvua ja työpaikkoja Suomeen. Me tarvitsemme näitä yrityksiä ja alan kehittymistä.

Alan osaamista vahvistaa entisestään robotiikan diplomi-insinöörien koulutusohjelma, joka aloitettiin Tampereen yliopistossa syksyllä 2023.

– Näistä opiskelijoista saamme upeita valmistuneita, tulevia työntekijöitä ja startup-yritysten perustajia. Olen hyvin innoissani tästä, Ghabcheloo kertoo hymyillen.