Professori Roel Pieters tavoittelee parempaa kumppanuutta ihmisten ja robottien välille

Kuvittele moderni autotehdas: Kokoonpanohalli on kiehtova yhdistelmä teknologiaa ja äärimmäistä tarkkuutta. Automatisoidut robotit liikkuvat sulavasti ja saumattomasti, melkein kuin ne ajattelisivat itse. Ne kokoavat auton osia, hitsaavat, maalaavat ja suorittavat laaduntarkastuksia. Koneiden työskentely on kuin harmonista tanssia, jossa tehokkuus ja innovaatiot yhdistyvät luomaan tulevaisuuden autoja.

Tämän näennäisen vaivattomuuden takana on valtava määrä ihmisten työtä. Professori Roel Pieters tietää, että jokainen robotin liike vaatii monimutkaisen ja poikkeuksellisen yhdistelmän matematiikkaa, mekatroniikkaa ja ohjelmointia. Jo vuosien ajan hänen tutkimustaan on ohjannut yksi tavoite: löytää uusia tapoja, joilla ihmiset ja robotit voivat työskennellä paremmin yhdessä.

Roel Pieters nimitettiin hiljattain älykkäiden koneiden ja robotiikan professoriksi Tampereen yliopistossa. Hänen johtamansa Cognitive Robotics -tutkimusryhmä tutkii, kuinka robotit voidaan varustaa tehtävien suorittamiseen tarvittavilla taidoilla ja kognitiivisilla kyvyillä ja kuinka ihmiset ja robotit voivat tehdä yhteistyötä. Työ painottuu pääasiassa tekoälyalgoritmien ja ohjelmointiratkaisujen soveltavaan tutkimukseen. Lisäksi ryhmä esittelee käyttötapauksia valmistuksen, tarkastuksen ja kunnossapidon alueilla sekä erilaisissa tehtävissä, kuten poiminta ja sijoittaminen, kokoonpano ja visuaalinen tarkastus.

– Tutkimuksemme tavoitteena on mahdollistaa ihmisten ja robottien välinen luonnollinen vuorovaikutus. Näin vältetään aikaa vievät ja monimutkaiset ohjelmointitehtävät, ja ihmisten ja robottien välisestä viestinnästä tulee luontevaa ja saumatonta, Pieters sanoo.

Pietersin mielestä Visual-Language-Action (VLA) -mallit ovat alan sovelluksista jännittävimpiä. VLA-malleissa visuaalinen tieto yhdistyy tekstiin tai puheeseen, ja ne tuottavat roboteille toimintakäskyjä suoraan ilman laajaa manuaalista ohjelmointia. Pietersin tutkimusryhmä kehittää VLA-malleja teolliseen käyttöön.

– Tämä lähestymistapa voi merkittävästi parantaa robottien kykyä tulkita sanallisia käskyjä ja toimia niiden mukaisesti. Haasteena on kuitenkin edelleen se, että tällaisten mallien kehittämiseen ja kouluttamiseen tarvitaan valtavasti dataa ja energiaa.

Robotteja opetetaan ymmärtämään puhetta 

Pietersin tutkimustyön ytimessä ovat luottamus, kognitio ja viestintä ihmisten ja robottien välillä. Turvallisuuden parantaminen on tavoitteista tärkein. Nykyään useimmat teollisuusrobotit pidetään tehtaissa erillään ihmisistä turvallisuussyistä. 

– Pyrimme tekemään ihmisten ja robottien yhteistyöstä turvallista ja tehokasta hyödyntämällä erilaisia teknologioita, kuten kameroita visuaalista havainnointia varten sekä puheentunnistusta ja lisättyä todellisuutta. Haluamme, että ihmiset ja robotit voivat työskentelevät yhdessä, robottien toimiessa ihmisten apulaisina, hän sanoo.

Robotiikan tutkijat ovat viime aikoina alkaneet hyödyntää edistyneitä tekoälytekniikoita, kuten syviä neuroverkkoja ja suuria kielimalleja, joilla parannetaan robottien suorituskykyä teollisuusympäristöissä.

– Tuore tutkimuksemme osoittaa, että suuria kielimalleja voidaan hyödyntää robottien ohjelmoinnissa, jotta ne ymmärtävät luonnollista kieltä. Tämä tarkoittaa sitä, että ihmiset voivat antaa robotille sanallisia ohjeita ja robotti toimii niiden mukaan!

Pieters tietää, että robotiikka ja tekoäly herättävät ristiriitaisia tunteita. Monia pelottaa, että kehittyneet robotit voisivat korvata ihmistyöntekijät. Pieters kuitenkin muistuttaa, että roboteista on hyötyä erityisesti vaarallisissa, likaisissa ja epämiellyttävissä töissä, joita ihmiset eivät halua tehdä.

– Robottien ohjelmointi ja luotettavan vuorovaikutuksen varmistaminen on edelleen haastavaa. Vaikka tekoäly voi auttaa havainnoinnissa ja päätöksenteossa, sillä on yhä rajoituksensa. Ihmisten on saatava koulutusta tällaisten järjestelmien käyttöön, ja turvallisuus on edelleen tärkein tekijä, hän painottaa.

Kuva: Jonne Renvall, Tampere University

Uusia kykyjä teollisuuden tarpeisiin 

Pieters on innoissaan uudesta roolistaan professorina, koska se antaa hänelle mahdollisuuden syventyä innostaviin tutkimusaiheisiin. Hän nauttii myös tutkimuksen ja opetuksen yhdistämisestä sekä motivoituneiden ja lahjakkaiden opiskelijoiden tutkimustyön ohjaamisesta. Pieters ottaa usein opiskelijoita mukaan tutkimuksiinsa, jotta he voivat tarjota uusia näkökulmia ja kokeilla asioita laboratoriossa. 

Elokuussa 2023 Tampereen yliopistosta tuli Suomen ensimmäinen yliopisto, jossa voi suorittaa diplomi-insinöörin tutkinnon robotiikassa. Pieters on mukana tutkinto-ohjelman koordinaatioryhmässä, jota johtaa projektipäällikkö Jyrki Latokartano. Opinnot järjestetään tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnan sekä informaatioteknologian ja viestintätieteiden tiedekunnan tiiviissä yhteistyössä. Kaksi vuotta sitten tutkinto-ohjelmassa aloitti 40 opiskelijaa, ja ensimmäiset ovat nyt virittelemässä kandidaatintutkielmaansa. 

– Meillä on erittäin hyviä ja innostuneita opiskelijoita! Alusta alkaen pyrimme tarjoamaan heille käytännön kokemusta oikeiden robottien käytöstä laboratoriossa. Mielestäni on perusteltua sanoa, että opiskelijamme ovat niitä uusia kykyjä, joita Suomen teollisuus on kaivannut.

Robotiikan alueella on käynnissä myös erilaisia tiedekuntatason yhteistyöprojekteja ja aloitteita, kuten Sustainable Industry X (SIX) paikallisten teollisuustoimijoiden kanssa. Opiskelijoille yhteistyö tarkoittaa kesätöitä ja harjoittelumahdollisuuksia. 

Pieters osallistuu mielellään suuriin eurooppalaisiin tutkimusprojekteihin, kuten OpenDR ja JARVIS. Hän on mukana myös Liettuassa sijaitsevan tekoälyyn keskittyvän SustAInLivWork-huippuyksikön toiminnassa.

Kuva: Jonne Renvall, Tampereen yliopisto

Henkilökohtainen ja ammatillinen koti löytyi Suomesta

Roel Pieters oli jo lapsena innostunut purkamisesta ja kokoamisesta. Hän leikki mielellään muun muassa tekniikkalegoilla, sillä häntä kiinnosti erityisesti liikkuvien esineiden rakentaminen. Robotiikka ja automaatio tulivat kuvioihin myöhemmin – ja veivät miehen täysin mukanaan.

Opintiensä Pieters aloitti Zuydin ammattikorkeakoulussa, josta hän valmistui robotiikan kandidaatiksi. Sen jälkeen hän suoritti robotiikan ja robottinäön maisterin ja tohtorin tutkinnot Eindhovenin teknillisessä yliopistossa. 

Tämä ei kuitenkaan riittänyt Pietersille. Mitä enemmän hän oppi, sitä enemmän hän halusi tietää. Hän päätti ottaa suuren harppauksen ja lähteä ulkomaille. Ensimmäinen pysähdyspaikka oli sveitsiläinen ETH Zürich, jossa hän tutki lääketieteellisiin tarkoituksiin käytettäviä mikrorobotteja. Vuonna 2016 hän päätyi Suomeen. 

– No, minulla oli suomalainen tyttöystävä. Oli melko todennäköistä, että päätyisimme jossain vaiheessa asumaan Suomeen, hän naurahtaa. 

Ensimmäisen Suomen vuotensa Pieters vietti postdoc-tutkijana Aalto-yliopistossa. Vuonna 2017 hänet nimitettiin apulaisprofessoriksi silloiseen Tampereen teknilliseen yliopistoon, jossa hän perusti Cognitive Robotics -tutkimusryhmänsä. 

Nykyään Pieters asuu Vesilahdella suuren puutarhan ympäröimässä talossa saman suomalaisen tyttöystävänsä – nykyisin vaimon – ja heidän 5- ja 3-vuotiaiden lastensa kanssa.

– Suomalainen kulttuuri, asenne ja elämäntapa sopivat minulle. Elämä täällä on maanläheistä, vaatimatonta ja luonnonläheistä. Näyttää siltä, että olen täällä jäädäkseni, Pieters sanoo hymyillen.