Voisiko tekoäly hidastaa ilmastonmuutosta? Ajatus kuulostaa vieraalta viimeaikaista keskustelua seuranneille. Generatiivisen tekoälyn kuluttamat vesi- ja energiamäärät pikemminkin synnyttävät kuin hidastavat ilmasto-ongelmia.
Tekoäly voi kuitenkin myös auttaa kestävämmän tulevaisuuden rakentamista. Helsingin yliopiston tietojenkäsittelytieteen professori Laura Ruotsalainen kehittää tutkimusryhmänsä kanssa koneoppimisen menetelmiä, joiden avulla etsitään konkreettisia keinoja siihen, miten kaupunkeja tulisi rakentaa.
Simulaatioilla tutkitaan, miten liikenne sujuu ja perille päästään jouhevasti mutta samalla ilmanlaatu säilyy hyvänä, päästöt aisoissa ja kaupungit miellyttävinä asua.
– Kymmenien vuosien havainnoinnin sijasta voimme tekoälyn avulla kokeilla erilaisia ratkaisuja ja saada nopeita vastauksia, Ruotsalainen kertoo.
– Emme voi rakentaa kokonaan uutta kaupunkia, katsoa miten se vaikuttaa ilmastoon ja ihmisten hyvinvointiin ja sitten huomata, että pieleen meni. Tekoälyn avulla voimme muutamissa viikoissa saada tuloksia vahingoittamatta ratkaisuilla ilmastoa tai ihmistä.
Sekunteista vuosikymmeniin
Kaupunkisuunnittelussa täytyy ottaa huomioon useita kilpailevia tavoitteitta ja monia aikajänteitä. Tämä luo tutkimukselle ainutlaatuista haastetta. On ohi kiihdyttävän auton vaikutus päästöihin sekuntien tasolla, ilmanlaadun muutokset kymmenen minuutin sisällä ja kaupunkien asuttavuus vuosien kuluessa.
Toisaalta perille tulisi päästä mahdollisimman jouhevasti, toisaalta tuottaa mahdollisimman vähän päästöjä matkalla.
Monimutkaisessa palapelissä ratkaisua etsitään vahvistusoppimisella. Se on koneoppimisen menetelmä, jossa tekoälylle annetaan kykyjä hallita ja käsitellä useita kilpailevia päämääriä. Tekoäly kokeilee monilla eri tavoilla, mihin päämääriin milläkin toimenpiteillä päästään. Puhutaan monitavoiteoptimoinnista.
Tekoälyllä luodaan niin kutsuttu agentti, joka tekee erilaisia toimintoja. Niistä sitä palkitaan tai rankaistaan.
– Kuvitellaan vaikka, että agentti ajaa autolla kaupungissa. Kun agentti tekee jonkin valinnan, vaikka kääntyy risteyksessä, katsomme miten toiminto vaikuttaa päämääräämme. Tässä tapauksessa haluamme, että ilmanlaatu on mahdollisimman hyvä ja perille päästään nopeasti. Jos agentin valinnat vievät meitä lähemmäs sitä, että päämäärät saavutetaan, annamme positiivisen palkinnon. Jos se tekee jotain, mikä huonontaa tilannetta, rankaisemme sitä.
Aiemmin vahvistusoppimista on hyödynnetty lähinnä peleissä ja yksinkertaisissa sovelluksissa kuten liikennevalojen ohjauksessa. Isot systeemiset muutokset ovat vielä toistaiseksi olleet sen käsittelykyvyn ulottumattomissa.
Kaupunkiympäristössä yhteisvaikutuksia on paljon. Tekoäly auttaa ratkaisemaan tällaisia monimutkaisia ongelmia ja useiden tekijöiden yhteisvaikutuksia. Se on työtä, johon ihminen yksin ei pysty.
Menetelmiä suurten ongelmien ratkomiseen
Ruotsalaisen mukaan tekoälyn hyödyt syntyvät sen kohdentamisesta. Kun tekoäly kehitetään ratkaisemaan jokin tietty, rajattu ongelma, läpimurrot voivat olla merkittäviä.
– Julkinen keskustelu on typistynyt ChatGPT:n, tekstien ja karikatyyrien tuottamisen ympärille. Se on liian kapea näkymä tekoälyn mahdollisuuksiin.
Lääketieteessä tekoäly avaa uusia mahdollisuuksia vakavien sairauksien, kuten syövän, hoidossa. Jo 1990-luvulla fuusioenergian odotettiin ratkaisevan maailman energiantarpeen, mutta nyt tekoälyn avulla se voi tulla vihdoin mahdolliseksi.
Ruotsalaisen haave tutkijana on tuottaa sellaisia koneoppimisen menetelmiä, joilla ratkotaan suuria sosiaalisia ja yhteiskunnallisia ongelmia. Optimoimalla kaupunkisuunnittelun kaltaisia monimutkaisia järjestelmiä voidaan löytää pieniä muutoksia, joilla saadaan kokonaisuuden kannalta suuria hyötyjä esimerkiksi kaupunkien ekologiseen kestävyyteen.
– Teen tätä puhtaalla omatunnolla. Uskon, että kehityksestä saatavat hyödyt ovat isompia kuin tekoälyn vaatimien resurssien haitat. Kiinnitämme tutkimuksessa huomiota myös koneoppimisen laskennan kasvavaan energiankulutukseen. Tekoälyllä voidaan tehdä hirveän paljon hyvää, parantaa ihmisten elämää ja pysäyttää ilmastonmuutosta.
Tulevaisuuden teknologiat ratkaisevat globaaleja ongelmia ja rakentavat kestävämpää huomista.
Helsingin yliopistossa tulevaisuuden teknologioiden menetelmien ja lähestymistapojen tutkimus yhdistyy teknologioiden kehittämiseen ja soveltamiseen. Olennaista on myös teknologioiden eettinen ja vastuullinen soveltaminen ihmiskunnan ja ympäristön hyväksi.
Vahvuutemme on monitieteisyys eli luonnontieteiden, elämäntieteiden ja ihmistieteiden kohtaamiset. Tutkimustamme tukee vahva tutkimusinfrastruktuuri.
Vahvuusalueitamme ovat etenkin tekoäly ja koneoppimistutkimus sisältäen tekoälyn käytön eettiset ulottuvuudet ja sääntelyn, nanomateriaalit ja -teknologian, matematiikan ja kuvantamisen, kvanttiteknologian, avaruustutkimuksen, bioteknologian sekä digitaaliset ihmistieteet.
Lue lisää tulevaisuuden teknologioiden tutkimuksesta Helsingin yliopistossa: