04.06.2019
4.6.2019
Tekoäly ja koneoppiminen ovat jo kahvipöytäkeskustelujen vakioaiheita. Moni ei kuitenkaan tiedä, että tekoälyä kehitetään nyt ja tulevaisuudessa suomalaisen akateemikon Teuvo Kohosen keksintöjen avulla.
Akateemikko, tutkija ja Suomen Akatemian emeritusprofessori Teuvo Kohonen on koneoppimisen ja tekoälytutkimuksen pioneeri, joka pohti jo 1980-luvun alussa ihmisaivojen tiedon ryhmittelyä. Ongelmana oli, miten esittää aivoille monimutkaiset havainnot esimerkiksi taulukon avulla siten, että aivot voivat omaksua tiedon yhdellä vilkaisulla.
Kohonen esitteli vuonna 1981 keinotekoisen neuroverkkomallin, matemaattisen algoritmin, joka imitoi aivojen adaptiivista oppimista. Hän kutsui mallia itseorganisoituvaksi kartaksi (self-organizing map, SOM), mutta se tunnetaan yleisesti myös Kohosen karttana.
Kohonen itse on keksijänä muutamissa menetelmää soveltavissa patenteissa, jotka jätettiin Kolsterin kautta 1980–1990-lukujen vaihteessa.
Akateemikko, tutkija ja Suomen Akatemian emeritusprofessori Teuvo Kohonen │ Artikkelin kuvat: Aalto-yliopisto
Mistä Kohosen kartassa oikein on kyse, Kolsterin patenttijohtaja Tapio Äkräs?
”Neurolaskennan avulla ratkaistaan ongelmia, joille ei voi muodostaa matemaattista kaavaa: algoritmin keksimisen sijaan etsitään neuroverkkomalli, jolla on helppo analysoida ongelmaa kuvaavia tietoja. Yleisiä ongelmia ovat esimerkiksi erilaiset hahmontunnistuksen haasteet, kuten kuvana tallennetun tekstin tai käsialan tunnistus, käytösmallien ja reaalimaailman prosessien selkeä mallintaminen ja ennakoivat sääennusteet.
Itseorganisoituva kartta on Teuvo Kohosen luoma oppiva neuroverkkomalli, joka pystyy järjestelemään ja luokittelemaan isoja tietomääriä siten, että samankaltaiset asiat hakeutuvat lähelle toisiaan. Näin syntyy kartta, jonne muodostuu erilaisista tietoryppäistä kasaumia tai alueita, joilla kuvataan tietoaineistossa olevia luokkia.
Usein käytetyssä esimerkissä tarkastellaan ja verrataan toisiinsa maailman valtioiden hyvinvointia. Kohosen kartta on esimerkiksi luokitellut maat hyvinvoinnin mukaan erivärisiin ryppäisiin. Kun köyhyyteen ja rikkauteen vaikuttavia tekijöitä on kymmeniä tai satoja, valtioiden suhteellista sijoittumista voi tarkastella kuvasta helposti yhdellä silmäyksellä tarvitsematta käydä läpi suunnatonta määrää taulukkodataa.”
Miten Kohosen karttaa hyödynnetään maailmalla?
”Kohosen kartta on todennäköisesti Suomen tiedehistorian siteeratuin yksittäinen työ. Kohosen tieteellisiä artikkeleita on siteerattu useissa tuhansissa tieteellisissä julkaisuissa ja lukuisissa patenteissa.
Kohosen kartta luotiin alun perin puheen tunnistamiseksi, mutta nykyisin se on lähes vakiomenetelmä, kun halutaan visualisoida laajoja ja moniulotteisia data-aineistoja. Kohosen karttaa käytetään muun muassa dokumenttien ja kuvien analysoinnissa, prosessitekniikassa, sähkötekniikassa, kemiassa, lääketieteessä ja taloustieteissä. Keksinnön avulla on havainnollistettu asioita, joissa on jopa satoja muuttujia. Se on myös suosittu tiedonesitystapa erilaisissa opetusmateriaaleissa.”
Hakiko Kohonen keksinnölleen patenttia?
”Kohonen on keksijänä vain muutamissa menetelmää soveltavissa patenteissa. Ne jätettiin Kolsterin kautta 1980–1990-luvun vaihteessa, ja hakijana oli Nokia. Tutkimustulosten patentointi ei ollut suomalaisissa yliopistoissa vielä kolmisenkymmentä vuotta sitten yleistä, joten Kohonen teki yhteystyötä Nokian kanssa.
Patenttihakemuksissa FI891035 ja FI902922 Kohosen menetelmää sovellettiin digitaalisen signaalin vastaanotossa ja oppivassa ilmaisussa. Kuten kaikki tietävät, esimerkiksi puhelimen signaalin voimakkuus ja laatu heikkenee matkalla tukiasemalta vastaanottimeen. Matkapuhelimessa tämä ilmenee äänen pätkimisenä, kun puhelin ei osaa tulkita huonoa digitaalista signaalia. Tavallisesti pyritään parantamaan vastaanotetun signaalin laatua erityisillä korjaimilla, niin että signaali on paremmin ymmärrettävissä. Kohosen patenteissa itseorganisoituva kartta opettaa vastaanotinta ymmärtämään huonoa signaalia.
Vuonna 1991 jätetty patenttihakemus FI913046 oli alkuperäisen Kohosen karttamenetelmän jatkokehittelyä. Kohosen karttoja laitettiin sarjaan tekemään kaksivaiheinen luokittelu niin, että ensimmäinen kartta syöttää esiluokiteltua tietoa perässä oleville kartoille. Tällä parannettiin luokittelun tarkkuutta.”
Kohonen oli tuottelias keksijä, mitä muuta hän sai aikaiseksi?
”Kohonen jätti itse Kolsterin kautta patenttihakemuksen numero 892764. Siinä esiteltiin digitaalinen sävellysmenetelmä, joka muodosti musiikkinäytteestä sen ominaisuuksia kuvaavan säännöstön. Kun tämän jälkeen ohjelmaan syötettiin muuta musiikkia, syntyi uusi kappale. Lopputulos saattoi olla latinohenkistä Beatlesia.
Ohjelma tuottaa automaattisesti taustamusiikkia ilman, että tarvitsee maksaa tekijänoikeusmaksuja. Tekoälyohjelman oikeuksia ei tuolloin vielä pohdittu. Jatkohakemuksessa W09015405 ideaa sovellettiin ja tuotettiin taustamusiikki sähköurkujen avulla. Kun soittaja aloitti soittamisen sähköuruilla, kone teki soiton perusteella taustan halutulla tyylillä. Tekoäly siis korvasi basistin.
Vuosituhannen vaihteessa Teknillisessä korkeakoulussa oli myös WebSom-projekti, jossa internetin tietoja luokiteltiin ryhmiin ja sijoitettiin havainnollisiin WebSom-karttoihin Kohosen karttoja hyödyntäen. WebSom-kartassa lähellä olevat tiedot näkyivät kartassa toistensa vieressä. Kyseessä oli eräänlainen semanttinen hakukone, joka oli aikaansa edellä.
Kohosen kartta on yhä mukana useammassa oppivassa tekoälysovelluksessa ja auttaa jalostamaan tietoa ihmiskunnan käyttöön myös tulevaisuudessa.”
Esittelemme Kolsterin 145. juhlavuoden kunniaksi joka kuukausi yhden kiinnostavan suomalaisen keksinnön tai patentin.
AIV-rehu – suomalaisten keksintöjen aatelia
Artturi Ilmari Virtanen keksi, miten suomalaisen maidontuotannon määrää ja laatua parannetaan merkittävästi. Hänen kehittämänsä AIV-rehu käytännössä pelasti suomalaisen maatalouden kilpailukyvyn ja niitti mainetta myös maailmalla.
Saunakiuas – kivikasasta designtuotteeksi
Saunakiukaan historia ulottuu 1900-luvun alkupuolelle, jolloin Fredrik Terho sai patentin tavalleen valmistaa rautaisia saunauuneja. Sadassa vuodessa tuote on kehittynyt, ja perinteisten pönttöuunin sijaan saunaansa voi hankkia vaikkapa tonttua muistuttavan designmallin.
Heteka – aikansa rautainen hittituote
Kuka muistaa hetekan? Aika moni, sillä hittituotteeksi muodostuneen huonekalun tuotantomäärät liikkuivat kahdessa miljoonassa kappaleessa.
Kolsterin ensimmäinen patentti palveli paperiteollisuutta
Vuonna 1874 myönnettiin Kolsterin ensimmäinen patentti. Samana vuonna alkoi myös Suomen vanhimman IPR-alan yrityksen alkutaipale.
Tapio Äkräs
tapio.akras@kolster.fi
050 5242406
