Tehokkuutta ja turvallisuutta autonomisilla aluksilla – ohjaako tekoäly tulevaisuudessa vesiliikennettä?

Alkaako tekoäly tulevaisuudessa operoida Turun ikonista kaupunkilautta Föriä? Autonomista vesiliikennettä tutkitaan ja kehitetään Turun AMK:ssa.

Teksti ja kuvat: Martti Komulainen

Liedon Tuulissuon teollisuusalueen hallissa rakentuu testialus, joka luo pohjaa tulevaisuuden älykkäälle ja autonomiselle vesiliikenteelle.

Autonomisen merenkulun hankkeiden (ARPA ja TEHOTEKO) kotipesä Turun AMK:ssa on johtava yliopettaja Jarkko Paavolan luotsaamassa Wireless Communications and Cybersecurity -tutkimusryhmässä sillä aihepiiriin liittyy paljon verkko- ja sensoriteknologiaa sekä myös kyberturvallisuuteen liittyviä kysymyksiä.

Hankkeet ovat monialaisia, ja niissä ovat mukana myös Tulevaisuuden interaktiiviset teknologiat– sekä Moottori ja voimalinja -tutkimusryhmät.

Fyysisen aluksen kehittämisen rinnalla kulkee sen digitaalisen kaksosen (virtuaalisen vastineen) ympärillä tapahtuva simulointi. Testialuksen voimanlähteenä toimivaa sähkömoottoria ja ohjainratkaisuja työstää Moottori ja voimalinja -tutkimusryhmä.

Hankkeissa ovat mukana myös merenkulun asiantuntemusta edustava Yrkeshögskola Novia sekä Åbo Akademi, joka on rakentanut Turun AMK:n rakenteilla olevaa testialusta pienemmän autonomisen ”Åboat”-testiveneen sekä kehittänyt algoritmeja sen ohjaamiseen.

Lisää turvallisuutta vesiliikenteeseen

Saadakseen yleisen hyväksynnän autonomisen aluksen tulee olla vähintään yhtä turvallinen kuin nykyalukset. Mieluummin turvallisempi.

– Tekoälyn pitää olla parempi kuin ihminen reagoimaan eri tilanteisiin, Jarkko Paavola linjaa.

– Tärkeänä motiivina kehittää autonomista vesiliikennettä on turvallisuus. Valtaosa meriliikenteen onnettomuuksista johtuu inhimillisistä virheistä.

Autonomista vesiliikennettä tutkitaan Turun lisäksi muuallakin. Esimerkiksi Norjassa tutkimuskäytössä on ollut kanaalin yli kulkeva pieni kaupunkilautta. ARPA-hankkeen autonomisen liikenteen seminaarissa Turussa norjalaistutkija kuvas,i miten hän altisti itsensä testatessaan autonomisen kaupunkilautan toimintaa. Hyvin siinä lopulta kävi – alus osasi väistää tai pysähtyä tutkijan kajakin havaitessaan.

Tekoälyn pitää olla parempi kuin ihminen reagoimaan eri tilanteisiin”

Erilaiset huolto- ja ylläpitotehtävät edellyttävät suuremmissa aluksissa ihmisten läsnäoloa, joten täysin ilman ihmistä autonomiset alukset eivät liikennöisi. Turun AMK:n testialus myöskään ei liikennöi ilman ihmistä. Hankkeissa rakennetaan Turkuun etäoperointikeskus, jossa valvotaan aluksen liikkeitä. Lisäksi itse aluksessakin testivaiheessa ihminen on aina mukana varmistamassa.

Tekoälyn ohjaama alus tarvitsee monenlaista dataa

Ennen kuin autonomisesti tekoälyn ohjaama vesiliikenne on todellisuutta ja turvallista, tarvitaan kosolti dataa eteentulevista tilanteista ja olosuhteista. Haasteena on generoida kaikki mahdolliset tilanteet tekoälyn prosessoitavaksi ja opettaa tekoälylle tilannetietoisuutta sekä kykyä reagoida tilanteisiin järkevästi.

Yksi autonomisen liikenteen kehittämisen pullonkauloista on juuri data. Autonomisen aluksen aivot, tekoäly, janoaa dataa – säädataa, liikedataa, tietoa sijoittumisesta suhteessa muihin objekteihin.

Kesällä 2023 vesillelaskettu Turun AMK:n testialus sisältää datan keräämiseksi arsenaalin erilaisia sensoreita ja mittalaitteita – GPS, laserkeilain, tutka, lämpökamera, sääasema, mikrofonit, 3D-kaikuluotain sekä kamerat tuottavat monipuolista, olosuhde- sijainti- ja tilannetietoa aluksen operointiin.

Kerätty data julkaistaan avoimen saatavuuden (open access) datasetteinä, jotka ovat vapaasti tutkijoiden käytettävissä.

Pelkkä data ei riitä, vaan eri sensoreiden tuottama tieto pitää ”fuusioida”– yhdistää ja analysoida sekä integroida reittisuunnitteluun ja esteiden väistämisratkaisuihin.

Onko autonominen älylaiva tulevaisuutta?

–Suuremmat matkustajalautat tuskin liikkuvat autonomisesti. Lähinnä tulevat ensialkuun kyseeseen lyhyillä jokiosuuksilla tai kanaalinylityksillä kulkevat alukset, ja ehkä myöhemmin myös rahtiliikenne, arvelee Jarkko Paavola.

Koska tulevaisuuden autonomiset alukset tarvitsevat etäoperointia, kriittiseksi muodostuvat luotettavat ja kyberturvalliset yhteydet aluksen ja etäoperointikeskuksen välillä. Jos kyberturvallisuudesta ei pystytä huolehtimaan ovat riskit merkittävät: esimerkiksi laivan navigointiin vaikuttamalla voidaan aiheuttaa vaaratilanteita.

Autonomiseen vesiliikenteeseen kohdistuu paljon odotuksia, ei pelkästään turvallisuuden takia. Myös tehokkuusodotuksia siihen liitetään. Lisäksi jos alusten voimanlähde on sähkö myös ympäristönäkökohdilla sitä perustellaan.

Tilankäytön tehokkuutta tulee kun aluksella ei ole miehistöä ja sen tarvitsemaa majoitustilaa. Myös komentosilta poistuisi. Säästyvä tila voidaan hyödyntää lastinkuljetukseen. Kaikki tämä muuttaa laivojen suunnittelua – koko laivan ”konseptia” sekä koko vesiliikennebisnestä.

”Autonomian komponentit rakentuvat pikku hiljaa?

Vaikka autonomisen vesiliikenteen tarvitsema teknologia on periaatteessa jo olemassa, vielä ei olla perillä tai edes puolimatkassa. Paitsi dataa ja testausta tarvitaan myös lainsäädännöllistä kehittämistä. Aivan lähivuosina ei vielä nähdä autonomisia aluksia muutoin kuin tutkimustarkoituksessa.

–Autonomian komponentit rakentuvat pikku hiljaa, Jarkko Paavola toppuuttelee hätäisempiä.

Suomi halajaa yhdeksi automatisoitujen ja autonomisten kulkuneuvojen tutkimuksen edelläkävijämaista, mutta kattavat ympäristöt tutkimustulosten ja tuotteiden luotettavaan testaukseen ja kehittämiseen ovat kuitenkin puuttuneet. Juuri tätä puutetta pyritään Turun AMK:n hankkeissa osaltaan täyttämään.

Artikkeli on julkaistu aiemmin 30.1.2023 talk.turkuamk.fi-verkkojulkaisussa ja muokattu 27.8.2024.