Tieteestä
Atomi kerrallaan Tekoäly ei muuta vain tiedonkäsittelyä. Se muuttaa tapamme tehdä tutkimusta ylipäätään. Teksti: Katrina Jurva Kuva: Venla Helenius JOKA MAANANTAIAAMU kello yhdeksän
Milica Todorović nappaa lautasellisen puuroa ja istuu alas juttelemaan tietojen käsittelytieteilijöiden kanssa siitä, miten koneet oppivat. Todorović on osa alati kasvavaa luon nontieteilijöiden joukkoa, joka haluaa jokapäiväiseen työhönsä apua tekoäly menetelmiltä. Pysyttelemällä kärryillä koneoppimisen asiantuntijoiden tekemi sistä, hän saattaa yhdistellä pieniä asioita fiksummin omassa tutkimuksessaan. Miten pikkiriikkisistä asioista oikein on kyse? Aivan minimaalisista. Todorović tutkii, miten laitteet älypu helimista aurinkopaneeleihin toimivat aineen pienimpien yksiköiden, atomien, tasolla. Kestävän energian kaltaiset globaalit haasteet edellyttävät teknologiaa, joka perustuu uusiin, edistyneisiin materiaa leihin. Todorović metsästää tarkoituk seen parhaiten soveltuvia materiaalien yhdistelmiä, komposiitteja. ”Materiaalitieteen huipulla kehite tään äärimmäisen monimutkaisia mate riaaleja, joissa voivat yhdistyä keskenään täysin erilaiset ominaisuudet.” Todorovićin tutkimat aineet ovat useimmiten orgaanisten pehmeiden materiaalien, kuten puutuotteiden sel luloosan, sekä metallien kaltaisten epä orgaanisten aineiden sekoituksia. ”Koska mahdollisia yhdistelmiä on lähes loputtomasti, meidän pitää muut taa ajatteluamme perin juurin, jotta löy täisimme uusia lähestymistapoja.”
Päättelyä ja intuitiota
Tulevaisuuden laitteiden ja elektronii kan materiaalien optimointi ei ole vain pikkuseikkojen hienosäätöä sieltä täältä. Materiaalien välinen vuorovaikutus pitää tuntea läpikotaisin, jotta niistä voi val mistaa toimivaa teknologiaa. Ensimmäinen askel on valita oikeat materiaalit, mikä ei tosin vielä takaa sitä, että niistä valmistettu laite toimisi jou hevasti. Kokoonpanovaiheessa voidaan vahingossa saada aikaan epäoptimaali sia rakenteellisia liitoksia. Parhaimmil 28 / AALTO UNIVERSITY MAGAZINE 23
lakaan komponenteilla ei saada aikaan toivottua lopputulosta ja moitteetonta laitetta, jos osasia ei yhdistetä täsmälleen oikealla tavalla tai juuri oikeassa lämpö tilassa. Esimerkiksi elektroniikassa on käytän nössä äärettömästi erilaisia tapoja sovit taa komponenttien materiaaleja yhteen. Mitä paremmin materiaalit sopivat yhteen, sitä tehokkaampi laitteesta tulee. Siinä vaikein temppu onkin: miten löy tää parhaat yhdistelmät? Kvanttimekaniikan, maailmaa kaik kein pienimässä mittakaavassa tarkas televalla fysiikan alalla ajatellaan usein, että yhdistelmiä kokeilevat laskelmat ovat aivan liian raskaita tuottaakseen tulosta riittävän nopeasti. Tähän asti tut kijat ovat tukeutuneet sovelluksien suun nittelussa periaatteisiin, jotka perustu vat kokemukseen siitä, mitkä materi aalit ovat perinteisesti toimineet hyvin yhdessä. Kokemukseen luottamiseen on perus tellut syyt. Vuosien työn tuloksena tut kijat ovat kehittäneet vahvan tuntuman siihen, miten eri tyyppiset komposiitti materiaalit sopivat tietynlaisiin sovel luksiin. Ratkaisuja voidaan poimia lukui sista toimiviksi todetuista vaihtoeh doista.
Materiaalitutkimuksessa tekoäly voi nopeuttaa prosesseja huikealla tavalla, sanovat Milica Todorović ja Patrick Rinke.
Mutta mikään ei ole varmaa alalla, jossa pelkkä erilaisten yhdistelmien lukumäärä ylittää ihmisen laskentakapa siteetin. Komposiittimateriaalien tutki mus on kallista paitsi työtunneissa myös laskenta-ajassa mitattuna. Työhön sisäl tyy myös runsaasti arvailua ja kemiallista intuitiota. Milica Todorović myöntää menetel män heikkoudet. ”Kemiallinen intuitio voi kantaa pit källe, mutta ei anna varmuutta siitä, jäikö jokin oleellinen yhdistelmä kokonaan huomiotta. Siksi materiaalitutkimuk sessa panostetaan nyt tekoälyyn. Se tar joaa ennakkoluulottoman näkökulman valtavaan aineistoon.”
Työkalut uusiksi
Milica Todorović tekee tiivistä yhteis työtä professori Patrick Rinken kanssa. Hän on teknillisen fysiikan ja laskennal lisen materiaalifysiikan asiantuntija. Yhdessä he ovat seuranneet alan kehi tystä viimeisen kahden vuosikymmen