Kertomus koneista, roboteista ja aivoista

Edelleen varsin yleisen ja aika kaavamaisen ajatuksen mukaan tiede käsittelee syvällisesti maailman perusasioita ja parantaa ymmärrystämme luonnonlaeista. Vaikka tiede on luonnostaan teoreettista ja abstraktia, siitä saattaa olla laajempaakin hyötyä. Esimerkiksi siten, että luonnontieteistä voi kehittyä hyödyllisiä insinööritieteitä. Tai että yhteisöjen sosiologinen tutkimus ehkä auttaa kehittämän yhteiskuntia harmonisempaan suuntaan. Tai että taloustieteet johtavat talouskriisien parempaan hallitaan ja talouden tuottaman hyvän levittämään yleiseen onneen. Tässä vaiheessa ajattelevan lukijan nauruhermoissa tosin voi jo tuntua kihelmöintiä. 

Tällainen käsitys vaikuttaa edelleen yhteiskunnaisen keskustelun taustalla, vaikka se on auttamattoman vanhentunut. Todellisuus on monipuolisempi, tieto ja muut vuorovaikutukset virtaavat kaikkiin suuntiin. Edes selvältä tuntuva käsite "luonnonlaki" ei todellisuudessa ole lainkaan yksinkertainen juttu: katso kirjoitukseni Se on luonnonlaki. Toisaalta pitää muistuttaa myös, että nykyään niin tavallisilla tieteen ja tiedon vastaisilla asenteilla ei ole todellisuuspohjaa.

Moderni maailma perustuu edelleenkin tietoon ja sen hyödyntämiseen. Taloustieteellä on edelleen yhtymäkohtia reaalitalouteen, vaikka ne ovat monimutkaisia ja monensuuntaisia. Lääketieteessä tapahtuu jatkuvaa edistymistä, se on poikkeuksellisen kiinteässä ja hyödyllisessä yhteydessä lääkintätaitoon. Koululääketieteen kritiikki ja uskomushoidot eivät ole todellisuuspohjalla, vaikka ne saavat näennäistä tukea ihmisen fysiologian monimutkaisuudesta ja siihen liittyvästä tilastollisesta vaihtelusta. Edes insinööritaito ei ole luonnontieteiden yksisuuntaista soveltamista, vaan se on enimmäkseen jotain aivan muuta: omalakista ja mutkikasta ihmisten toimintaa. Se tuottaa ymmärrystä tekniikasta, ihmisyhteisöistä, luonnosta. - ja myös luonnonlaeista. Olen kirjoittanut tästä asiasta tarkemmin otsikolla Isi, mitä sinä teet töissä?

Nyt seuraa kertomus insinööritaidon harrastamisen kautta syntyvästä laaja-alaisesta ymmärryksestä. Se ansaitse tulla kerrotuksi myös, koska se on katoavaa teollisuus- ja kulttuurihistoriaa.

1970- luvulla työskentelin teollisuuden automaatioinsinöörinä. Työpaikkani oli Helsingissä, Strömbergin Pitäjämäen tehtailla. Jälkeenpäin ajatellen tajuan, että silloin elimme huikean jännittävää tietokonetekniikan pioneeriaikaa. Tietokoneet kehittyivät tuohon aikaan valtavaa vauhtia. Emme voineet tietää, mihin se johtaisi, mutta tällaisessa tilanteessa parhaalta vaihtoehdolta tuntui elää muutoksen mukana ja koettaa hyötyä siitä.

Strömberg Oy on perinteinen ja merkittävä sähkövoimatekniikan pioneeriyritys. Sen perusti Berliinissä sähkötekniikkaa opiskellut Gottfrid Strömberg jo vuonna 1889. Voidaan sanoa, että yhtiö sähköisti Suomen teollisuuden ja jopa kotitaloudet. Se valmisti sähkömoottoreita ja generaattoreita, muuntajia ja säätölaitteita sekä sähkönjakelussa tarvittavia kojeita ja laitteita. Jonkin verran tuotettiin myös kotitalouksien liesiä ja lämmittimiä. Pitäjänmäen tehtaan konesalit ja asennushallit olivat kiehtovia paikkoja, koska ne yhdistivät luovasti raskasta metalliteollisuutta, sähkötekniikkaa ja elektroniikkaa. Juuri voimakkaasti kehittyvä elektroniikka oli monella tavalla kaiken keskiössä. Miten se tulisi ottaa huomioon tuotannossa, ja miten suuressa määrin. Nykyiset johtamisopit puhuvat rönsyjen karsimisesta, mutta 1970- luvulla tehtiin toisin. Rönsyjä ei karsittu, vaan niitä vaalittiin, jotta nähtäisiin, mitä niistä kasvaa. Ehkä äärimmäinen esimerkki on, että 1970- luvun alussa yhtiö kehitti ja valmisti pienen sarjan raskaita prosessitietokoneita (Strömberg 1000 eli SELCO 1000). 

Niinpä työskentelyni aikana laboratoriomme takaseinällä seisoi muutamia pakastekaapin kokoisia ja satojen kilojen painoisia tietokoneita. Taoimme ohjelmia koneiden sisään rämisevillä mekaanisilla teletype - kirjoittimilla. Ja sitten, muutamassa vuodessa siirryimme keskelle mikroprosessorien murrosaikaa. Teimme suunnilleen samoja asioita kuin kollegamme Amerikan piilaaksossa, ja luimme lehtikierrossa samoja ammattilehtiä. Se oli ihmeellistä ja se oli kiehtovaa. Mutta meistä, jotka olimme silloin mukana - se oli aivan normaalia.

Ammatillisesti kiinnostavin työvaihe alkoi, kun aloin vetää "mekaanisen puunjalostusteollisuuden automaatioryhmää". Minun tiimini kehitti ja toimitti sahoille puutavaran käsittelylaitteistojen ohjausjärjestelmiä. Nuo laitteistot olivat suuria, kymmenien metrien pituisia koneita, joissa tukkeja, lautoja ja lankkuja sahattiin, mitattiin, lajiteltiin ja paketoitiin. Tietokone ohjasi koneiden kaikkia toimintoja, ja ohjauksen piti olla hyvin täsmällistä ja oikein ajoitettua. Kaiken piti tapahtua muutaman sadasosasekunnin tarkkuudella. Viivytellä ei voinut, muuten joku lauta murskautuisi koneen rautojen välissä tai sinkoutuisi lattialle. Koneiden piti olla myös luotettavia: jos tietokone pysähtyisi tai hidastelisi, koko laitos pysähtyisi. Koneissa oli paljon antureita ja tietokoneen ohjaamia moottoreita ja työsylinterejä. Kaikkien osien piti toimia synkronoidusti, mutta myös joustavasti erilaisilla tuotantonopeuksilla. Teollisuuden alkuaikoina tällaisia työkoneita ohjattiin mekaanisilla releillä. Nyt kaikki piti tehdä paljon nopeammin, tehokkaammin ja älykkäämmin, ja siihen meillä oli tarjota tietokoneita, elektroniikkaa ja aineettomia bittejä.

Eräs merkittävä oivallus oli filosofinen, sitä voisi sanoa "insinöörieetokseksi". Itse asiassa se ei edes ollut oivallus, vaan ajattelutapa, jonka olimme omaksuneet aivan huomaamattamme. Törmäsin samaan asiaan kirjallisuudessa jokin aika sitten. Fyysikko ja säieteorian kehittäjä Michio Kaku nimitti sitä "konstruktiiviseksi filosofiaksi". Se on eräänlaista suoran toiminnan filosofiaa. Mekin tunsimme jo silloin tuon periaatteen. Toimiston seinällä oli taulu, jossa luki suunnilleen näin: "Mahdottomat asiat tehdään kahdessa viikossa, mutta ihmeistä pitää sopia ensin esimiehen kanssa". Ja näin me toimimme. Tiimini alkoi ensimmäisten joukossa talossamme käyttää mikroprosessoreita, kaikki oli uutta ja ongelmia oli. Kohtasimme ongelmia, joista tiesimme ettei niille ole teoreettista ratkaisua, ja sitten oli ongelmia, jotka olivat muuten vain vaikeita. Useimmiten ne kuitenkin ratkesivat. 

Rakentamistamme koneista opin tärkeitä asioita. Ne olivat ikään kuin eläviä olentoja. Ne saivat tietoja ympäristöstään lukuisten antureiden ja mittalaitteiden kautta, ja tiettyihin signaaleihin piti reagoida tarkasti ja oikealla tavalla. Koska signaaleja saapui näennäisen satunnaisesti, koneiden piti tehdä päätelmiä reaktioiden kiireellisyydestä. Koneiden tuli selvitä itsenäisesti poikkeustilanteista, kuten epänormaaleista signaaleista. Siinä ohessa niiden tuli reagoida konetta ohjaavien ihmisten toimenpiteisiin. Koneemme toimivat itsenäisesti rikkaassa ja dynaamisessa ympäristössä, ja niiden toiminnassa oli tarkoitukseen tähtäävä piirre: ylläpitää omaa toimintakykyä ja käsitellä puutavarakappaleita oikealla tavalla. 

Pian huomasimme laatimissamme ohjelmissa kiinnostavia piirteitä, ja ryhdyimme kehittämään ja vahvistamaan niitä tietoisesti. Ohjelmien avulla rakensimme tietokoneen sisään mallin puutavaraa käsittelevästä koneesta ja sitä ympäröivästä maailmasta. Malli oli dynaaminen, sillä erilaiset anturisignaalit ylläpitivät tuota mallia jatkuvasti. Mallin elementit: muuttujat, laskurit ja taulukot, kuvasivat sekä puutavaran käsittelykoneen omaa tilaa, että siinä liikkuvien puutavarakappaleiden tiloja. 

Aloimme käyttää tuota ohjelmarakennetta myös ohjelmistojemme testaukseen. Rakensimme yksinkertaisen simulaattorin kuvaamaan automaation toimintaa. Visualisoimme tuon tietokoneen sisäisen mallin: lisäsimme koneemme ohjelmistoon uuden ohjelman, joka piirsi noin viisi kertaa sekunnissa sisäisen mallin tilan graafisin symbolein kuvaruutunäytölle. Näin saatoimme katsella reaaliajassa, mitä teollisessa prosessissa tapahtui, tai oikeastaan mitä tietokone kuvitteli tapahtuvan. Tämä järjestely oli hyödyllinen ohjelmien testaajille - ja asiakkaamme suorastaan lumoutuivat siitä.

Opimme siis, että automaatiojärjestelmän sisälle tulee rakentaa dynaaminen malli sen ympäristöstä. Tietenkään emme silloin tienneet, että brittiläinen psykologi Richard Gregory oli keksinyt saman idean Edinburghin yliopiston tekoälyprojektissa jo vuonna 1967. Harvat tuntevat tätä ideaa vieläkään. Mutta alun perin idean takana on vielä vanhempi mentaalisen mallin käsite, ja sen esitti skottilainen filosofi Kenneth Craik (1914–1945). Ilmeisesti roboteillekin siis pitää rakentaa mentaalinen malli.

On varsin yllättävää, että kymmenisen vuotta sitten saman tapainen toiminta löytyi elävien olentojen ja ihmisen aivoista. Tosin asian tarkempi tutkiminen on edelleen käynnissä. Tämä asia on syvällinen, ja se tuntuu liittyvän myös tietoisuuden käsitteeseen. Elämme rikkaassa ja muuttuvassa maailmassa, johon tietoisuudellamme ei ole mitään suoraa yhteyttä. Tietoisuutemme tuntee vain tuon aivojen luoman sisäisen maailmanmallin. Ja asialla on toinenkin puoli. Aivomme tuottavat vastaavan mallin myös itsestämme. Se kertoo meille ruumiimme tilasta ja tuntemuksista, ja ruumiimme sijainnista maailmanmallissa. Ja se sisältää myös elämänkerrallisen mallin, joka on kertomus itsestämme, yhdistettynä muistikuviimme ja tulevaisuuden suunnitelmiimme. 

Kehomme malli, sisäinen ruumiinkuva on meille ainutlaatuisen tärkeä. Jos siinä on puutteita tai vikoja, ne ilmenevät psyykkisinä häiriöinä. Erityisen konkreettisina ne näkyvät syömishäiriöiden kohdalla. 

Neurofysiologit ja neuropsykologit ovat vasta aivan viime vuosikymmeninä selvittäneet tämän aivojemme toiminnallisen piirteen, joka on automaatioinsinöörille vanhastaan tuttu. Miten he ovat päätyneet siihen? Eräs selitys saattaa olla, että hämmästyttävän monet eturivin aivotutkijat ovat alun perin insinöörejä tai tietokonenörttejä. Esimerkiksi Michio Kaku, Jeff Hawkins, Richard Gregory, Christof Koch ja Teuvo Kohonen. Ehkä siksi heillä on ollut ennakkoluulottomuutta ja moraalista rohkeutta tarkastella ihmisaivoja koneena.

Palaan vielä entiseen työnantajaani Strömbergiin. 1960- ja 1970- luvuilla sen insinööreillä oli varsin hyvät mahdollisuudet esittää elektroniikkaan liittyviä uusia hankkeita tai omaksua uusia ideoita projekteihinsa. Rönsyjä syntyi ja niitä ruokittiin, mutta syntyikö niistä vahvoja innovaatioita ja uutta liiketoimintaa? Tähän on vaikea vastata suoraan. Yleinen teollisuusautomaatio kuihtui vähitellen pois. Mutta elektroniikan ja mikroprosessorien yhdistäminen sähkövoimatekniikkaan tuotti tärkeitä uusia tuotteita, kuten ohjauslaitteita ja suojareleitä. Sähkönjakelua ei enää oikein voisi kuvitella ilman elektroniikan tuottamaa älyä ja toiminallisuutta. Loistava esimerkki on vaihtovirtamoottorien säätäminen taajuusmuuttajan avulla. Yhtiö kehitti tämän laitteen 1970- luvulla käyttökelpoiselle tasolle ensimmäisenä maailmassa, Vaikka Strömberg on nykyään sulautunut monikansalliseen ABB- konserniin, taajuusmuuttajien tuotanto Suomessa on edelleen merkittävää liiketoimintaa.  

Rönsyjen kasvattaminen vaatii myös aikaa. Kehitystyön jatkuminen pitää turvata, vaikka se on hidasta ja epävarmaa. Suuri ja vakiintunut yhtiö voi sallia itselleen tällaisia riskejä. Siksi niillä on oma roolinsa merkittävien innovaatioiden tuottajana. Muistan osallistuneeni keskusteluun ruoripotkureista vuonna 1982, kun olin juuri lähtemässä uuteen työpaikkaan. Voisivatko ne joskus toimia sähköllä? Ruoripotkuri on monipuolinen ja tehokas laivojen työntövoimaa tuottava laite. Ensimmäinen suoravetoinen, elektronisesti ohjattu ja sähköinen Azipod- ruoripotkuri asennettiin laivaan vuonna 1990. Siitäkin syntyi merkittävää ja kestävää liiketoimintaa.