Bulkista virtaa

Aiemmin kirjoitin, kuinka halveksitun bulkin tuottamiseksi piti hankkia tavattoman kalliita ja monimutkaisia paperikoneita. Ja koska nuo koneet todella olivat kalliita, niitä ryhdyttiin myös meillä Suomessa rakentamaan itse. Ensimmäinen paperikone rakennettiin Viipurin konepajalla vuonna 1904, ja niitä alettiin myös suunnitella Suomessa vuonna 1948. Näillä päätöksillä oli kauaskantoisia seurauksia.

Olen kai aiemmin hieman kuvannut tällaisen koneen toimintaa. Märkä paperiliemi ajetaan liikkuvalle seulakankaalle eli viiralle. Siitä muodostetaan paperirata, joka tiivistetään ja kuivataan sitten kymmenien pyörivien telojen avulla. Kuulostaa yksinkertaiselta. Ja sitähän se on periaatteessa, mutta käytännössä se onkin yllättävän vaikeaa. Paperikoneen pitää olla tehokas. Niinpä nykyaikaisen paperikoneen paperiradan leveys on kymmenisen metriä, ja tuo rata liikkuu yli 100 km tuntinopeudella. Paperi on haurasta ja helposti repeävää, joten tuon jättiläiskoneen täytyy käsitellä sitä hellävaraisesti, ja joka tilanteessa, ryömintävauhdista huippunopeuteen. Eikä siinä vielä kaikki. Kulkiessaan koneen läpi paperi venyy aavistuksen verran, joten jokaisen telan täytyy pyöriä aina hieman edeltävää nopeammin.

Vanhimpien paperikoneiden käyttövoiman jakelu noudatti oman aikansa teollista käytäntöä. Koneen rinnalla kulki pitkä valta-akseli, josta voima siirrettiin eri telaryhmille hihnojen välityksellä. Pitkän päälle ja koneiden nopeuden kasvaessa tällainen voimansiirto ei ollut riittävän tarkka. Siksi hihnat korvattiin täsmällisemmin toimivilla hammaspyörävaihteilla.

Mutta miten saadaan helpoiten toteutettua eri telaryhmien käyntinopeuserot? Valtion tykkitehtaasta oli tullut sodan jälkeen valtion konepajayhtiö Valmet, ja se rakensi ensimmäisen paperikoneensa vuonna 1953. Valmetin hammaspyöräosasto keksi ratkaisun mekaaniseen voimansiirtoon. Se on differentiaalivaihde, josta olen aiemmin kertonut. Hitaasti pyörivä ylimääräinen akseli syöttää kuhunkin vaihteeseen tarvittavan nopeuseron.

Kehitys ei tietenkään loppunut tähän. Sähköinen käyttövoima, jossa olisi moottorit erikseen kullekin kullekin telaryhmälle, mahdollistaisi sekä tarkan että hyvin joustavan paperikoneen ajon kaikissa erilaisissa tilanteissa. Strömbergin tehdas oli erikoistunut valmistamaan suuria sähkökoneita, ja yhtiö kehitti innolla moottoreiden elektronista säätöä. Paperikone olisi lupaava sovelluskohde. Sen laitteisto olisi hyvin kallis, joten siitä saataisiin mukavasti liikevaihtoa. Tosin kohde oli myös hyvin haastava. Paperikoneen nopeuden sähköinen säätö kuitenkin onnistui, ja paransi omalta osaltaan paperikoneita valmistavien yhtiöiden kilpailukykyä.

Kyky valmistaa korkealuokkaisia suuria sähkökoneita yhdistyi luontevalla tavalla niiden sähköiseen ohjaukseen. Strömbergistä tuli nopeasti tehoelektroniikan huippuosaaja, joka oli jopa vuosia edellä alan muista toimijoista. Eräs hyvin merkittävä toimiala olivat laivojen sähkökäytöt. Erityisesti jäänsärkijöissä sähköiset potkurikoneistot tarjoavat merkittäviä etuja vaikeissa talviolosuhteissa. Tuotelinjaa jatkavia menestystuotteita ovat laivojen Azipod- ruoripotkurit. Myös yhteistyö Valmetin kanssa hyödytti molempia osapuolia. Hyviä esimerkkejä ovat – paperikoneiden ja muiden puunjalostuskoneiden ohella – raitiovaunut, veturit ja rautateiden lähiliikennejunat.

Helsingin metro oli erityisen tärkeä yhteistyökohde. Hanke oli myöhässä aikataulusta, ja se antoi Strömbergille mahdollisuuden kehittää siihen aivan uudenlainen moottorielektroniikka: taajuusmuuttaja eli invertteri. Sen ansiosta suurten koneiden ja kulkuneuvojen moottoreina voidaan käyttää teollisuudessa yleisiä oikosulkumoottoreita. Ne ovat yksinkertaisia, halpoja ja lähes huoltovapaita. Tuolle tehoelektroniikan keksinnölle annettiin nimeksi SAMI (Strömbergin Asynkroni Moottori Invertterikäyttö). Tällaisen laiteen rakentamista suurille tehoille – jopa tuhansille kilowateille- pidettiin aikanaan mahdottomana, mutta se onnistui. Invertteristä tuli teollisuudessa vakioratkaisu aina, kun tarvittiin tarkkaa ja joustavaa moottorien tehon ja nopeuden säätöä: kuluttajan pesukoneista ja lämpöpumpuista aina juniin ja laivoihin asti. Kun moottoreita voidaan säätää tarkasti ja käyttää vain sellaisella teholla kuin kulloinkin tarvitaan, energian säästöt ovat todella suuria, Suomessakin usean voimalaitoksen verran.

Tarinan johtopäätös on ristiriitainen. Yksinkertaisen bulkin tekeminen nosti maamme edistyneiden teollisuusmaiden eturiviin. Kaikki on mahdollista, kunhan suhtaudutaan vakavasti.

 

Azipod-ruoripotkureita laivan pohjassa. Kuva: ABB

 

Oivaltamisesta

Perinteinen psykologia erottelee toisistaan hitaan oppimisen ja oivaltamisen. Eräs tällaisen erottelun tarkoitus näyttää olevan korostaa ihmisen ainutlaatuisuutta verrattuna eläimiin. Mutta onko todella niin, eivätkö eläimet muka voi oivaltaa? En ole asiasta lainkaan varma. Sitä paitsi uudempi aivotutkimukseen nojaava psykologia, neuropsykologia ei näytä edes mainitsevan oivaltamista. Tai ainakaan se ei erotu erillisenä ”kognition lajina”, niin kuin hienosti sanotaan.

Arkipuheessa käytämme kuitenkin tätä sanaa. Ilmeisesti tällainen ilmiö on ainakin kokemisen tasolla olemassa. Mistä siis on kysymys? Koetan avata asiaa, ainakin itselleni.

Ehkä pitäisi avata hieman mielen mekanismeja. Keskeisiä mielen resursseja ovat muisti ja merkitys. Muistissa on oikeastaan mielemme olennaisin osa, ihminen erottuu yksilönä muistinsa sisällön kautta, Muisti tallentaa, hyvin tiiviissä muodossa, koko kokemushistoriamme. Se ei tallenna vain kielellistä historiaa eli ”tekstejä”, vaan kaikkea kokemaamme: aistimuksia ja tunnetiloja. Tietoisesti käytössä olevaan muistiimme tallentuu asioita, jotka olemme kokeneet merkityksellisiksi. Ja itse asiassa muistiin tallentuu myös aistimuksia, jotka eivät ole käyneet tietoisuudessamme. 

Aina kun koemme jotain, se herättää mielessämme merkityksen tuntemuksia. Tuo merkityksen tunteminen lähtee siitä, että aistimuksemme ja tunnetilamme herättävät henkiin aiemmin tallennettuja muistikuvia. Jos nuo muistikuvat ovat voimakkaita, kokemuksemme voimistuu ja tallentuu muistimme uudeksi sisällöksi. Koko mielemme toiminta on tällaista merkityspeliä, merkitysten kalkyyliä.

Tämä voi tuntua oudolta, tai monimutkaiselta, tai miksei se voi tuntua myös luonnolliselta tai yksinkertaiselta. Joka tapauksessa se on hieman erilaista, mitä voimme lukea psykologian kirjoista. Asiaan voi tutustua tarkemmin uudesta kirjastani Robottipuisto. Esseitä ihmisen ja koneen älystä (Momentum 2023).

Nyt pääsemme vähitellen oivaltamisen. Neurologian kannalta ymmärrän sen näin: oivallus on voimakkaasti ja äkillisesti koettu merkityksen tunne. Usein puhutaan ”ahaa-elämyksestä”. Asioiden merkitys ikään kuin paljastuu. ”Näin se onkin”. Oivallus voi syntyä lukiessa, seurassa, työskennellessä, tai itsestään, jopa nukkuessa. Se voidaan selittää siten, että suuri joukko heikkoja muistivihjeitä kytkeytyy mielessämme uudella tavalla. Usein tuo kytkeytyminen on itseään vahvistava: syntyy uusi yhteys, joka puolestaan kutsuu esiin muita muistivihjeitä, ja syntyy vyörymäinen muistivihjeiden tulva. Tämä itseään vahvistava prosessi selittää, miksi oivalluksen tunne on usein niin voimakas, nopea ja elämyksellinen.

Tästä oivalluksen selityksestä voidaan tehdä erilaisia johtopäätöksiä, jotka arkikokemuksemme vahvistaa. Oivallus voi olla voimakas, mutta se voi olla myös heikko, ja se voi edetä vaiheittain, sarjana isompia ja pienempiä oivalluksia. Tärkeä asia on, että oivallus ei aina ole kieleen liittyvä, vaan se voi koskea tunteita tai havaintoja. Usein koemme oivalluksen, mutta emme osaa pukea sitä sanoiksi. Oivallus voi olla myös heikko, ja sen takia emme voi tehdä selvää rajaa oivaltamisen ja muun ajattelun välillä. Voimme myös antaa vastauksen kysymykseen, johon viittasin alussa. Voiko eläin oivaltaa? Ilman muuta, koska oivallukset eivät läheskään aina liity kieleen.

No niin, nyt on teoretisoitu aika lailla, ehkä on syytä siirtyä lähemmäs käytäntöä. Oivallus on nimittäin selittämätön. Emme voi käskeä muistissamme olevia mielikuvia järjestymään jollain tietyllä tavallas. Ja tämä liittyy opettamiseen. Oppikirjoissa yritetään yleensä välittää joku oivallus: opetettava asia tulee oivalta näin. Mutta koska oivallusta ei voi selittää, oppikirjan tekijät esittelevät sellaista materiaalia, josta oivallus voisi muodostua. Hyvät opettajat koettavat saada oppilaansa oivaltamaan. Mutta he eivät voi selittää ”rautalangasta vääntäen”, miten pitää oivaltaa. Siksi kokemukseni mukaan hyvät opettajat ovat laaja-alaisia. He kuvaavat asioita monelta näkökulmalta, ja usein he kertovat myös kaikenlaisia tarinoita, jotka eivät tunnu edes liittyvän asiaan. Ja jotenkin, kaikesta moninaisuudesta huolimatta tai juuri sen takia, oivallus sitten syntyy. Koska me ihmiset olemme erilaisia, ja koemme ja oivallamme eri tavoin.

Nyt voimme siirtyä vielä konkreettisempiin esimerkkeihin. Jos jollakin on kiinnostusta pohtia mekaanisia laitteita, voisin esitellä tasauspyörästön. Se löytyy kaikista autoista, ja tuon laitteen ansiosta moottorin voima siirtyy kaarteessa vetäville pyörille tasaisesti, vaikka ne pyörivätkin eri nopeudella. Se on tärkeä ominaisuus, sillä muuten vetävien pyörien renkaat kuluisivat voimakkaasti. Siksi tasauspyörästö, toiselta nimeltään differentiaalivaihde, keksittiin jo 1800-luvulla.

Mutta en voi kertoa, miten tasauspyörästö toimii, sillä sen oivaltamista ei voi selittää. Tasauspyörästön kuvia löytyy helposti netistä. Jos lukija ei aiemmin ole pohtinut tasauspyörästön ideaa, kehotan tutkimaan erilaisia periaatekuvia huolellisesti. Ehkä oivallus syntyy, ja se tuntuu aika hauskalta.

Mutta kaikilla ei ole taipumusta näin hankaliin mekanismeihin. Silloin voi harjoitella vaikka yksinkertaisemmalla planeettavaihteella. Miten ja miksi sillä voi muuttaa pyörimisnopeutta.

Tai kiinnostava harjoituskohde voisi olla Möbiuksen nauha. Sillä on vain yksi reuna ja yksi puoli! Voiko sitä selittää? Lukija voi askarrella paperista tällaisen nauhan, viimeistään silloin se oivaltaa. Entä jos nauhan tekee kääntämällä sen päitä koko kierroksen, ennen kuin ne liimaa yhteen? Vaikea kuvitella, mutta kokeilemalla se selviää.

Itselleni tuli aikanaan hieno oivallus, kun insinööriopinnoissa tuli vastaan ns. Fourier-muunnos (sen avulla voidaan muodostaa signaalin spektri). Muunnos voidaan esittää kaavana, ja ymmärsin toki helposti tuon kaavan, se on aika yksinkertainen. Mutta en oivaltanut, mitä tuo muunnos tekee. Oivalsin sen vasta, kun harjoitustyönä kirjoitin ohjelman, joka tekee muunnoksen.

Amerikkalainen filosofi ja kirjailija Robert Pirsig kirjoitti 1970- luvulla legendaarisen kirjan Zen ja moottoripyörän kunnossapito. Kirja käsittelee muiden asioiden ohella myös moottoripyöriä. Ja Pirsig teki musertavan havainnon. Moottoripyörän huolto-oppaat tai alan oppikirjat eivät pysty selittämään, miten moottoripyörän moottori toimii. Sen oivaltaminen syntyy vain omasta kokemuksesta sekä keskusteluista toisten pyöräilijöiden ja korjaamojen kanssa.

Kirja ei välttämättä aukea aivan helposti, tai sitten se menee maalin ohi. Kannattaa kuitenkin yrittää. Olen kertonut kirjasta blogissani vuonna 2019 (Zen ja äärimmäinen laatukirja). Ehkä kirjaa kuvaa, että Pirsig tarjosi käsikirjoitusta ensin turhaan 121 kustantajalle. Sitten siitä tuli menestys.