1/2018

Tietokonenäön terävöittäjä odottaa arkista tekoälyä

Assistant Professor (tenure track) Esa Rahtu aloitti syksyllä työt TTY:n signaalinkäsittelyn laboratoriossa. Hänen alaansa on tietokonenäön ja koneoppimisen kehittäminen, haaveenaan nähdä älykkäät koneet osana ihmisten jokapäiväistä arkielämää.

Esa Rahtu

 

Esa Rahtun tutkimus keskittyy uusin tietokonenäön menetelmiin, joita älykkäiden koneiden kehityksessä tarvitaan.

 

KUKA: Esa Rahtu (s. 1979 Rovaniemellä)

  • Assistant Professor (tenure track), alana älykkäät koneet
  • Tutkinnot:
    Tekniikan tohtori 2007, Oulun yliopisto
    Diplomi-insinööri 2003, Oulun yliopisto
  • Työura:
    Dosentuuri Oulun yliopistossa 2014. Ennen TTY:n professuuria mukana perustamassa sisätilapaikannusta tekevää IndoorAtlas Oy:tä vuonna 2012: yrityksen CTO:na useamman vuoden, nykyisin yrityksen neuvonantajana. Sitä ennen Suomen Akatemian tutkijatohtorina Oulun konenäköryhmässä ja noin pari vuotta Oxfordin yliopistossa professori Andrew Zissermanin tutkimusryhmässä. Tutkimusapulainen ja jatko-opiskelija konenäön tutkimusryhmässä Oulun yliopistossa.
  • Perhe ja harrastukset: Perheeseen kuuluu vaimo ja kaksi vilkasta tytärtä (4- ja 7-vuotiaat). Harrastuksina liikunta yleisesti, sulkapallo ja lenkkeily.
 

Tietokonenäön kehittäminen on yksi tekoälytutkimuksen avainkysymyksiä, sillä maailma, jossa elämme, on hyvin visuaalinen. Jotta koneet ja ihmiset voisivat toimia yhdessä, koneilta ja järjestelmiltä odotetaan kykyä tulkita ja ymmärtää kuvapohjaista tietoa ja toimia tällaisen tiedon pohjalta. Nykyaikaiset laitteet tuottavatkin jo monipuolista tietoa ympäristöstään, mutta pullonkaulana sen hyödyntämisessä on tiedon analysointiin sopivien tekoälymenetelmien puute. TTY:n signaalinkäsittelyn laboratorion tuorein tenure track -professori Esa Rahtu haluaa olla mukana tekemässä arkielämässä toimivasta tekoälystä totta.

– Älykkäät koneet ovat pitkään olleet tulevaisuuden lupaus – kaikki näkevät niiden potentiaalin, mutta vielä on ratkaisematta, miten se todella toteutetaan. Vielä ei löydy konetta, joka korvaisi ihmisen tai kykenisi edes toimimaan monipuolisena avustajana eri tehtävissä, Assistant Professor Esa Rahtu sanoo.

– Vaatii vielä paljon työtä ennen kuin koneoppimisratkaisut kehittyvät niin hyviksi, että niitä voitaisiin hyödyntää laajasti arkielämän ympäristöissä eikä vain rajoitetuissa tehtävissä ja tiloissa, kuten esimerkiksi tehtaissa. Olisi hienoa olla mukana kehittämässä menetelmiä, jotka todella toisivat helpotusta ihmisten arki- ja työelämään.

Tekoälytutkimuksen kimpussa puuhaavat niin yliopistot kuin yrityksetkin, ja ala kehittyy huimaa vauhtia. Esimerkiksi syväoppiminen, josta vielä Rahtun opiskeluaikoina ei vielä puhuttu mitään, on nyt alalla arkipäivää.

– Ala on minunkin urani aikana muuttunut jo moneen kertaan ja kehitys vain nopeutuu sitä mukaa kun teollisuus kiinnostuu alasta yhä vahvemmin. Useat suuret yritykset, kuten Google, Facebook, Microsoft ja Apple ovat sijoittaneet huomattavia summia tekoälyn ja konenäön tutkimukseen ja kehitykseen. Myös kotimaisen teollisuuden piirissä on suurta kiinnostusta tekoälyn tulevaisuuden mahdollisuuksiin, Rahtu sanoo.

– Harvalla alalla jopa perustutkimus kiinnostaa sekä akateemisessa maailmassa että teollisuudessa. On hienoa, että yritykset osallistuvat myös alan konferensseihin ja jakavat tietojaan.

Mitä ihminen aikoo seuraavaksi?

Esa Rahtun oma tutkimus keskittyy uusin tietokonenäön menetelmiin, joita älykkäiden koneiden kehityksessä tarvitaan. Tutkimuskohteita ovat esimerkiksi kuvaperustainen paikannus, mobiililaitteen liikkeen analysointi, kohteiden automaattinen tunnistamisen, videosisällön tulkinta ja tekoälypohjaisen kuvanmuodostuksen kehittäminen.

– Ihmisten jokapäiväisessä elämässä ne voivat näkyä esimerkiksi uusien itsestään ohjautuvien koneiden, lisätyn todellisuuden, pelien, robotiikan ja älykkään tuotannon sovellusten kautta, Rahtu kertoo.

Koneen on opittava ennakoimaan ja kommunikoimaan paremmin.

 

Voidakseen toimia yhdessä ihmisten kanssa autonomisesti liikkuvat autot ja muut koneet tarvitsevat riittävän hyvä sensorit ja taitoa tulkita ”näkemäänsä”.

– Koneen on opittava ennakoimaan ja kommunikoimaan paremmin. Kone osaa jo tunnistaa kuvasta monenlaisia asioita, kuten siinä esiintyvien ihmisten, eläinten tai esineiden määrän, ja jopa arvioida ihmisen iän. Koneen on kuitenkin vaikea esimerkiksi ennakoida ihmisen toimintaa, siis arvioida mitä tapahtuu seuraavaksi. Koneiden täytyy myös kyetä kommunikoimaan ihmisille omia aikomuksiaan luontevasti, Rahtu selittää.

– Vaikkapa autoillessaan ihminen on todella hyvä lukemaan toisen ihmisen kehonkieltä: käveleeköhän tuo ajatuksissaan vahingossa auton alle, huomaako autoa, odotteleeko vain tien vieressä. Robottiauto ei tähän vielä kovin hyvin pysty. Konenäön tutkijat selvittävät, miten kone voitaisiin opettaa parempaan ja turvallisempaan yhteistyöhön ihmisen kanssa.

Rahtun omista kiinnostuksen kohteista tulkintataitoa lisää esimerkiksi ihmiskehon asennon tunnistus, human pose estimation: kone oppii tunnistamaan näkemästään, missä asennossa ihminen on. Teknologiaa käytetään jo muun muassa peleissä, mutta hienosäätöä tarvitaan.

– Nyt esimerkiksi kone osaa jo helposti arvioida, missä asennossa kädet ovat, mutta entä sormet? Monissa kulttuureissa käsillä puhutaan melkein yhtä paljon kuin sanoilla. Ihmisen ymmärtämisen kannalta on merkityksellistä hahmottaa myös tällaisia yksityiskohtia.

Tavallista vai poikkeuksellista?

Hienosäätöä tarvitaan myös toisessa tämän hetken kuumassa tutkimusongelmassa, videoiden tulkinnassa. Konetta opetetaan tulkitsemaan, keitä videolla esiintyy ja mitä siinä tapahtuu.

– Verkossa on valtavasti videoita. Mitä jos niiden sisältöön voitaisiin tehdä yksityiskohtaisia hakuja hakusanoilla, samoin kuin nyt tekstistä? Saatavilla olevan tiedon määrä kasvaisi räjähdysmäisesti. Osaamista voitaisiin soveltaa myös esimerkiksi menetelmiin, jotka osaisivat muodostaa automaattisesti videosta kuvaavia tiivistelmiä, Rahtu kertoo.

Mitä jos videoiden sisältöön voitaisiin tehdä yksityiskohtaisia hakuja hakusanoilla, samoin kuin nyt tekstistä?

 

Yksi videoiden tulkinnan haasteista on se, että koneelle pitää opettaa paljon sellaisia asioita, jotka meille ovat itsestäänselvyyksiä.

– Ei ole yksinkertaista opettaa tekoälyä tulkitsemaan vaikkapa tilanteita, joissa ihminen näkee heti jotain poikkeavaa tai yllättävää. Esimerkiksi jos kuvassa hiiri istuu kissan pään päällä, ihminen arvaa, mitä seuraavaksi ehkä tapahtuu. Kone ei vielä näe tässä mitään erikoista.

Laajemmat kysymykset vaativat yhteistyötä

Signaalinkäsittelyn laboratorioon nimitettiin viime vuonna kaksi muutakin tenure track -professoria, Taneli Riihonen ja TTY:llä pitkään työskennellyt Heikki Huttunen. Esa Rahtun Artificial intelligence and vision group -tutkimusryhmä tekeekin paljon yhteistyötä muiden laboratorion tekoälytutkijoiden kanssa. Samoin yhteistyö robotiikan tutkijoiden, kuten myöskin viime vuonna automaation ja hydrauliikan laboratoriossa tenure track -professuurinsa aloittaneen Roel Pietersin kanssa kiinnostaa Rahtua.

– TTY:llä on aitoa halua kehittää toimintaansa ja tehdä investointeja tärkeille aihealueille, Rahtu kiittelee.

Myös tutkijavierailut alan huippujen joukkoon lukeutuvassa Visual geometry group -tutkimusryhmässä Oxfordin yliopistossa ovat tehneet Rahtuun suuren vaikutuksen. Siellä kuulee, mitä eri puolilla maailmaa tehdään ja missä mennään.

– Yhteistyö alan omien ja myös eri alojen tutkijoiden kanssa on ratkaisevan tärkeää. On mahdollista ratkoa laajempia ongelmia, jos katsotaan oman kapean tutkimusalan ulkopuolelle. Näin tekoäly saadaan nopeammin tuotua tulevaisuuden lupauksesta osaksi arkea.

Opiskelijoiden TUTRoboLab

Opiskelijat ja robotti

 

TTY:llä voi opiskella robotiikkaa pääaineena.

 

TTY on robotiikan alalla Suomen suurin yliopistollinen toimija. Tällä hetkellä robotiikan parissa työskentelee 12 professoria kahdesta eri tiedekunnasta. Syksystä 2017 lähtien opiskelijat ovat voineet valita robotiikan pääaineekseen. Uusinta uutta on Konetalossa sijaitseva robotiikan oppilaslaboratorio TUTRoboLab, jossa opiskelijat voivat tehdä robotiikkaan liittyviä harjoituksia oikeilla roboteilla.

– Teollisen vallankumouksen neljännen vaiheen eli digitaalisuuteen ja datan hyödyntämiseen pohjautuvien älykkäiden kone- ja tuotantojärjestelmien odotetaan tuovan teollisuuden takaisin Eurooppaan, myös Suomeen. Jotta tämä tapahtuisi, edellytetään teknologiateollisuudelta uudenlaista koneiden ja järjestelmien välistä kommunikaatiota, havainnointia ja autonomiaa. Me TTY:llä kehitämme niin opetusta kuin tutkimustakin vastaamaan myös teollisuuden tulevaisuuden tarpeita, Associate Professor (tenure track) Minna Lanz TTY:n kone- ja tuotantotekniikan laboratoriosta kertoo.

 

Teksti: Sanna Kähkönen
Kuva: Mika Kanerva

 
Kerro kaverille
Teknologia koiran tulkiksi
Teknologia koiran tulkiksi
1/2018
Teknologia koiran tulkiksi
Silkkaa viihdettä ja kriittistä turvallisuutta
Silkkaa viihdettä ja kriittistä turvallisuutta
1/2018
Silkkaa viihdettä ja kriittistä turvallisuutta
Tiedettä omin käsin ja yhdessä
Tiedettä omin käsin ja yhdessä
1/2018
Tiedettä omin käsin ja yhdessä
Pidä jalat maassa, kun viet tietoja pilveen
Pidä jalat maassa, kun viet tietoja pilveen
1/2018
Pidä jalat maassa, kun viet tietoja pilveen
Tuoksut avuksi julkisilla paikoilla suunnistamiseen
Tuoksut avuksi julkisilla paikoilla suunnistamiseen
1/2018
Tuoksut avuksi julkisilla paikoilla suunnistamiseen
Luonnontieteiden ja insinööritieteiden kohtauspisteessä
Luonnontieteiden ja insinööritieteiden kohtauspisteessä
1/2018
Luonnontieteiden ja insinööritieteiden kohtauspisteessä
TTY, Tieto ja CA Technologies kehittämään yhteistyörobotteja
TTY, Tieto ja CA Technologies kehittämään yhteistyörobotteja
1/2018
TTY, Tieto ja CA Technologies kehittämään yhteistyörobotteja
Materiaalitutkimus ottaa digiloikan
Materiaalitutkimus ottaa digiloikan
1/2018
Materiaalitutkimus ottaa digiloikan

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi