Fotosynteesiä, laitteita ja tekoälyä – Kertomus siitä, miten yksi lehtijuttu vei tutkijan uusille urille

Mikko Tikkanen


Mikko Tikkanen (Kuva: Vesa-Matti Väärä.)

Mediassa kerrosviljelystä puhutaan monesti tekniikkana, joka mahdollistaa ruuantuotannon paikasta ja olosuhteita riippumatta. Kerrosviljelyn kerrotaan tuottavan tuoretta ruokaa kasvaville kaupungeille ja mahdollistavan ilmastonmuutokseen sopeutumisen. On vain yksi mutta. Tuotannon valtava sähkönkulutus. Olisiko ollut 2018, kun aloin jonkin uutisen luettuani miettiä, miten fotosyteesitutkimustietoa voisi hyödyntää kerrosviljelyn energiatehokkuuden parantamisessa.

Alaan tutustuessani kävi ilmi, että nykyiset teknologiat eivät perustu ymmärrykseen siitä, miten kasvit keräävät valoenergiaa eikä lamppu- kasvatusjärjestelmävalmistajilla vaikuttanut olevan yhteistyötä fotosyteesitutkimuksen kanssa. Keinovalolla tapahtuvassa viljelyssä energiatehokkuus ei riipu pelkästään siitä millä tehokkuudella lamppu muuttaa sähkön valoksi vaan myös siitä millä tehokkuudella kasvi pystyy valon hyödyntää.

 Kasvin valonkäyttötehokkuus on kokonaistehokkuuden kannalta vähintään yhtä tärkeää kuin lampun sähkötehokkuus ja on hämmästyttävää, miten vähän valonkäyttötehokkuuteen on kiinnitetty alalla huomiota.

Ulkona kasvien pitää pystyä sopeutua jatkuviin valon ja olosuhteiden muutoksiin. Samat fotosyteesitutkimuksen keskiössä olevat mekanismit, jotka mahdollistavat fotosynteesin ulkona, mahdollistavat myös sen, että kasvit pystyvät sopeutumaan kaukana auringon valon spektristä olevaan keinovaloon. Sopeutuminen mahdollistaa keinovalossa kasvamisen, mutta sopeutumisesta huolimatta valonkäyttötehokkuus jää vääjäämättä alhaiseksi ja myös häiritsee muuten kasvin kasvua ja kehitystä.

Optimoimalla spektri niin, että energian tie sähköstä kemialliseksi energiaksi on mahdollisimman tehokas, ja ohjaamalla valon määrää kasvien valonkäyttökapasiteetin mukaan, voitaisiin todennäköisesti säästää energiaa kymmeniä prosentteja kerrosviljelyssä ja apuvaloja käyttävässä kasvihuoneviljelyssä. Tämä lisäisi sisäviljelyn potentiaalia huomattavasti. Optimointiongelma on kuitenkin monimutkainen, mutta juuri sopiva tekoälyn hyödyntämiselle sen ratkaisemisessa.

Vuonna 2019 aloin viedä ajatusta fotosyteesitutkimustietoon ja koneoppimis-/tekoälypohjaiseen teknologiaan pohjautuvasta sisäviljelyn optimoinnista. Ajatukseen uskovia ihmisiä alkoi kerääntyä ympärille, ja 2020 keväällä samaan aikaan Covid19-pandemian alkamisen kanssa aloitimme Business Finlandin rahoittaman Learning-LED-nimisen tutkimuksesta liiketoimintaa-hankkeen. Puuttui vain tutkimuksen mahdollistava laite ja datajärjestelmä, joita ei voinut ostaa valmiina mistään. Yliopistolta oli kuitenkin saatu rahoitus uudenlaiseen kasvien kasvatuskaappiin, jonka kasvuolosuhteita olisi mahdollista säädellä monipuolisesti. Tämän Minibiosfääriksi kutsutun laitteisto kehitystyössä voitiin ottaa huomioon myös meidän optimointiprojektimme tarpeet.

Biologipohjalta naivistisesti ajattelin, että tarvittavat laitteet ja järjestelmät rakennetaan hetkessä ja pistetään tekoäly hommiin.

Kasvatuslaiteen, joka kontrolloi valoa ja olosuhteita ja kerää tietoa sensoreilla ja kameralla älykkään takaisinsäätämisen mahdollistavaan datajärjestelmään, rakentaminen ei kuitenkaan ollut ihan yksinkertainen tehtävä. Ei myöskään ollut helppoa saada fotosyteesi- ja AI-tutkijoita, sulautettujen järjestelmien rakentajia ja kaupallisen puolen osaajia ymmärtämään toisiaan – etenkään, kun koronarajoitukset estivät lähikokoukset. Learning-LED-hankkeen puitteissa onnistuimme kuitenkin kehittää optimointiin sopivan laitteiston konseptin ja syvempi alaan tutustuminen ja alan tapahtumissa vierailut vahvistivat käsitystä siitä, että kasvitutkimustietoon ja kasvien toimintaan pohjautuva optimointi on ainoa ajateltavissa oleva tie energiatehokkuuden parantamiseksi ja seuraavan sukupolven sisäviljelyratkaisujen kehittämiseksi.

Kesti kuitenkin yli viisi vuotta kehittää ja rakentaa optimoinnin mahdollistava teknologia. Viimein teknologia on käytössä, ja optimointia viedään nyt eteenpäin Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön rahoittamassa hankkeessa, johon kuuluu myös teknologian hyödyntämistä mikrolevillä tapahtuvan kemikaalituotannon optimoinnissa. On myös perustettu firma teknologian kaupallistamiseksi, ja mietinnässä on, miten saada teknologia markkinoille mahdollisimman laajaan käyttöön auttamaan ihmiskunnan tulevaisuuden kannalta tärkeää tutkimusta ja tuotekehitystä.

Satunnaisesta kerrosviljelystä kertoneesta lehtijutusta syntyneestä ideasta on nyt kehittynyt uusi Plant-Machine Interaction -nimen saanut monitieteinen tutkimuslinja sekä uudenlaisen tutkimuksen ja tuotannon kehityksen mahdollistava teknologiaan keskittyvä firma. Pohjatyö jotakin uutta ja potentiaalisesti merkityksellistä varten on nyt tehty.

Tarina on kuitenkin vasta alussa, ja seuraavaksi pitäisi osata hyödyntää tähän mennessä tehty. Onneksi ympärillä on löytynyt joukko osaavia ihmisiä ja vastuu tulevasta on enää vain osaksi omilla hartioilla.

Lue myös:

Mitkä ovat mieheyden ääripäät?

Mitkä ovat mieheyden ääripäät?

Parisuhteessa vaikeimpia asioita on oppia rakastamaan puolisoaan juuri sellaisena kuin hän on, eikä sellaisena kuin haluaisi hänen olevan. Sama pätee journalismiin. On vaikea pitää journalismista, joka ravistelee omia arvoja ja asenteita. Rakastetuimmat toimittajat...

Rationaalisuuden myytti – selittääkö talous lasten harvalukuisuuden?

Rationaalisuuden myytti – selittääkö talous lasten harvalukuisuuden?

Yksi maaliskuun lopun kärkiuutinen oli syntyvyyden lasku, joka haastaa Suomen tulevaisuutta, kun ikäihmisten määrä kasvaa ja yhteiskuntaa pyörittävät ikäluokat pienenevät. Uutinen ei sinänsä ole uusi. Samaa virttä on laulettu melkeinpä koko tämä vuosituhat, vaikka...

Mikroskooppisia iloja

Mikroskooppisia iloja

Tutkiskelin hiljattain intensiivisesti kuravettä, lounaspöydän jämiä, hyönteisiä ja kuorintavoidetta. Voi pojat, olipa mielenkiintoista. Osallistuminen Suomen biotaiteen seuran kokeelliseen mikroskooppityöpajaan MicroMatters todisti että asioiden katsominen uudesta...

Ihmiskunnan amokjuoksu

Ihmiskunnan amokjuoksu

  Viime päivinä maailman lehdissä on uutisoitu näkyvästi Atlantin merivirtausten huolestuttavasta häiriintymisestä. Merivirrat häiriintyvät jäätiköiden sulamisen ja merivesien lämpenemisen yhteisvaikutuksesta. Myös meillä ainakin YLE ja Ilta-Sanomat ovat jo...