Leo Kärkkäinen sulautettujen järjestelmien professoriksi
Tekoäly ja automaatio muuttavat maailmaamme uuden teollisen vallankumouksen kaltaisesti, sulautettujen järjestelmien professori Leo Kärkkäinen toteaa.
Tulevaisuudessa älykkäät elementit ovat osa yhteiskuntamme toimintaa
Teknillisen fysiikan laitoksen professori Leo Kärkkäisellä on takanaan pitkä ura tutkijana teollisuuden parissa.
– Olen tehnyt elämässäni kaikenlaisia asioita. Opintojeni alkuvaiheessa minua kiehtoi mikä on kaiken teoria (ns. Theory of Everything) – siis sellainen, jossa kaikki tuntemamme vuorovaikutukset eli sähköheikko, värivoima ja gravitaatio ovat kvantitettuja. Gravitaatiolla tämä ei ole vielä onnistunut, hän kertoo.
Kärkkäisen mukaan tiedettiin jo, että pelkistä gravitaatioaalloista koostuva universumi on joko sellainen, jossa ulottuvuuksia on rajattomasti, ja kaikki lokaatiot ovat toistensa vieressä yhdessä kimpassa. Heikompi painovoima taas tuottaa lähinnä yksiulotteisen maailmankaikkeuden.
– Ajattelimme Saksassa kollegojen kanssa, että lisäämällä mukaan yksinkertaista materiaa maailmankaikkeudesta tulisi enemmän havaintojemme kaltainen – yksi aikaa ja kolme suuntaa tai jotain sellaista, mutta mikään ei muuttunut. Tähän jäi tämä suurimman kysymyksen kanssa painiminen.
Helsingin yliopistossa tekemässään väitöskirjassa Kärkkäinen tutki supertietokoneilla kuinka kvarkeista ja värikentistä (gluoneista) koostuva plasma suuren pamahduksen jälkeen jäähtyi protoneiksi ja neutroneiksi. Tämä tutkimus vei hänet Saksaan, Arizonaan ja Kööpenhaminaan.
– Asioiden “puhdas” ymmärtäminen on hauskaa, mutta omien lasten kanssa valkenee, että tekemisellä voisi olla myös käytännöllistä merkitystä. Kun tarjoutui mahdollisuus, palasin Suomeen Nokian tutkimuskeskukseen, Kärkkäinen kertoo.
Nokialla vierähtikin 25 vuotta, ensin akustiikan simulaatiotyökalujen kehittämisessä, jotta puhelimiin saisi hyvän äänen. Tämä vaatii fysiikkaa, mutta myös algoritmeja, jotka on sulautettava laitteeseen ja sen prosessoreille, siis signaalin käsittelyä, pakkaamista, kaiun poistoa ja melun hallintaa. Yhteistyötä tehtiin muun muassa Kuopion yliopiston kanssa esimerkiksi 3D-äänen tuottamiseksi. Näitä työkaluja käytetään Nokialla vieläkin.
Akustiikka on säilynyt yhtenä Kärkkäisen suosikeista, mutta maailma toi uusia haasteita. Nanoteknologian tuottamat mahdollisuudet ymmärrettiin Nokialla, ja erityisesti kiinnosti, miten grafeenia voisi hyödyntää elektroniikassa.
– Nämä ovat pitemmän aika skaalan asioita, mutta jo nyt grafeeni on osoittautunut aikamoiseksi ihmemateriaaliksi – superjohtavaksikin. Meitä kiinnosti silloin taipuisa elektroniikka taipuisiin laitteisiin.
– Nykyään kaikkiin paikkoihin tuodaan älykkyyttä sulautettujen järjestelmien avulla. Tällaisia ovat vaikkapa autot tai lääketieteelliset järjestelmät – esimerkiksi verenpainemittari ei ole enää kokonaan mekaaninen laite. Pelkästään mekaanisena sen käyttö vaatii ammattitaitoa, mutta nykyisin, sulautettuna järjestelmänä, sitä on helppo käyttää. Helppous ei ole itsestään selvää.
Käyttöliittymien kehityksessä tutkitaan millä tavalla ihminen reagoi niiden toimintaan
– Käyttöliittymän hallinnan on oltava helppokäyttöistä ja vuorovaikutteista. Juuri nämä yksinkertaiset asiat ovat monimutkaisimpia rakentaa. Helppous vaatii laitteelta älykkyyttä, ja tietokone näyttää siltä vasta oikein ohjelmoituna. Kärkkäinen toteaa.
– Tämä siirsikin sitten tutkimukseni ja painopisteen tekoälyyn, satelliittikuvien segmentointiin, robotiikkaan, ja lääketieteellisin sovelluksiin Predictive health analytics -ryhmän vetäjänä, kun Nokia etsi uusia liiketoiminta-alueita.
Kärkkäisen työ lääketieteen alueella jatkui Bell Labs Fellow -nimikkeellä Bell Labsissä tiimin kanssa ja osa-aikaisena työelämäprofessorina Aalto-yliopistossa. Bell Labsissä tietenkin optimoitiin myös 5G:tä tekoälyllä.
Tekoälyn käyttöön liittyy myös eettisiä kysymyksiä
Nykyään tekoäly ja koneoppiminen tuovat oman lisänsä sulautettuihin järjestelmiin. Ne vaativat omanlaistaan laskentaa, uudentyyppisiä mikropiirejä ja tehokkaita prosessoreja.
Tekoälyn käyttöön liittyy myös sääntelyn tarve, joka tuli mukaan tehtävänkuvaan Euroopan komission High Level Expert Group AI-jäsenyyden myötä. Ryhmässä rakennettiin tekoälyn hallinnan suuntaviivoja.
– Tämä aihe liittyy ihmisten kykyjä lähentyvään keinoälyyn. Esimerkiksi itseajavan auton rakentaminen tyhjille teille on helppoa, tekoäly näkee tiet ja tietää miten ajetaan. Toinen asia on vaikkapa tielle astuvan jalankulkijan toiminnan ennakointi. Silloin on rakennettava valtavasta määrästä havaintoja ennakoiva järjestelmä, jotta auto osaa suunnitella järkevän reitin edetä, Kärkkäinen kuvailee.
Kolmas vaihe kehitystyössä on etiikka. Vaikein kysymys ei kuitenkaan se, ajetaanko ihmisen päälle vai ei, vaikka se oleellista onkin.
– Tekoälyn pitää osata ajaa autoa niin, että se on ennakoitavissa.
Kärkkäinen muistuttaa, että jos yhteiskuntaan tuodaan entiteettejä, jotka toimivat lain puitteissa, mutta eivät noudata normeja, lisääntyvät myös ennustamattomuus, pelko ja hämmennys. Tietokoneelle pitää opettaa miten liikenteessä ajetaan.
– Tulevaisuudessa älykkäät elementit osallistuvat entistä enemmän yhteiskuntaan, esimerkiksi lääketieteessä tai tukemassa yritysten lakiasioissa, kuten sopimusten kirjoittamisessa ja analysoimisessa.
Tekoäly kuluttaa energiaa, mutta auttaa myös sen tuottamisessa
Kärkkäinen jatkoi tekoälyn eettisten ja laillisten aspektien kehittämistä Huaweilla. Samaa työtä voi jatkaa nykyisessä professuurissa Itä-Suomen yliopistossa Kuopion kampuksella.
– Olen aina tykännyt opettamisessa, siinä oppii itsekin paljon, hän sanoo.
Lähitulevaisuudessa pitäisi selvittää muun muassa tekoälyn energiakulutuksen haasteet, jotta vaikkapa ChatGPT toimisi matkapuhelimessa. Fuusiovoimaloiden ja muiden energiaa tuottavien ratkaisujen kehittäminen vaatii reaaliaikaisen, teknisen laskennan kehittämistä.
– Tarvitsemme uuden sukupolven ymmärtämään ja kehittämään teknologiaa ja tekoälyä – asiantuntijoita, jotka tunnistavat milloin tekoälyn luoma todellisuus ei ole totta. Uusien järjestelmien pitää olla ennen kaikkea luotettavia.
Lisätietoja: Professori Leo Kärkkäinen, leo.karkkainen@uef.fi, p. 050 563 9751
LEO KÄRKKÄINEN
Ma. professori, sulautetut järjestelmät, 1.9.2023–30.8.2025, Itä-Suomen yliopisto
Filosofian tohtori, Helsingin yliopisto, 1990
Post-doc -tehtävät:
Bielefeld, Saksa, 1990–1992
Tucson, Arizona, 1992–1994
Kööpenhamina, 1995–1996
Dosentti, teoreettinen fysiikka, Helsingin yliopisto, 1995–
Part time professor of practice embedded systems in biomedical technologies at Aalto University, School of Electrical Engineering, (On leave 2021–2022), 2018–2022
Teollinen tutkimus ja tutkimusjohtaminen, useita tehtäviä:
Senior Research Engineer project manager, Principal Scientist Electroacoustic group manager (2001–2004).
Technology expert, Mechanics and Integration competence area (2005-2006), 1996–2007
Research Fellow, Chief Visionary, Nokia Systems Research Centers (NRC), 2007–2009
Distinguished Scientist, Media Technologies Laboratory, NRC. Technology exploration and foresight, Member of CEO and CTO technology councils, 2009–2014
Distinguished Research Leader, Emerging Technologies, Nokia Labs & Digital Health Laboratory, Nokia Technologies Predictive Health Analytics team leader 2016-2018, 2014–2018
Bell Labs Fellow, Research Group Leader, Nokia Bell Labs, 2018–2020
Co-lead of the Nokia Chief AI Office 2018–2019
Chief AI Expert, PACD Huawei, 2021–1.8.2023