Nuoret kehittivät inhimillisen shakkikoneen ja vähemmästä oppivan konenäön

Manu Kiiskilä Tampereen lyseon lukiosta ja Kalle Wesanko, Zhiyuan Liu ja Matias Manninen Maunulan yhteiskoulusta ja Helsingin Matematiikkalukiosta voittivat valtakunnallisen tiedekilpailun Tutki-Kokeile-Kehitä. Kiiskilän konenäköä käsittelevä työ oli kilpailun paras tutkimuksellinen työ. Wesankon, Liun ja Mannisen tekoälyä ja shakkia yhdistävä työ oli kilpailun paras soveltava työ. Molempien palkintojen suuruus on 1 000 euroa. Lisäksi voittajat pääsevät edustamaan Suomea EU:n nuorten tiedekilpailuun EUCYS Puolan Katowiceen syyskuussa.

Kilpailun finaali käytiin Espoon Otaniemessä, Aalto Design Factoryssa 16.–17.4. Toisen asteen opiskelijoiden sarjassa kisasi finaalissa yhteensä 22 työtä. Tuomariston mukaan kilpasarjan työt olivat todella korkeatasoisia.

– Nyt, niin kuin aina, kokeneimmankin pystyi hämmästyttämään ja positiivisesti yllättämään, kuvaili Kalevi ”Eetu” Ekman kilpailutöitä. Ekman on Tutki-Kokeile-Kehitä-kilpailun neuvottelukunnan puheenjohtaja, Aalto Design Factoryn johtaja ja tuotekehityksen professori.

Manu Kiiskilä tutki voittajatyössään voisiko konenäköä kouluttaa pienemmällä datamäärällä kuin mitä tällä hetkellä yleisimmin käytetään. Tämä tekisi konenäöstä tehokkaamman ja skaalautuvamman. Työn otsikko on “Evolving Deep Architectures: A New Blend of CNNs and Transformers Without Pre-Training Dependencies”. Työtä ohjasi Sheela Kiiskilä.

Manu Kiiskilä on työskennellyt koneoppimisen parissa nyt useamman vuoden ajan. Hän on muun muassa ollut kesäharjoittelijana Tampereen yliopistossa koneoppimiseen liittyvässä projektissa yläasteelta alkaen. Nyt hän on lukion toisen vuoden opiskelija. Koulutusdatan kerääminen on Kiiskilän mukaan ollut aina koneoppimisprojekteissa vaikein osuus. Hän halusi tutkia, voisiko tätä vaikeinta osuutta jotenkin helpottaa.

Kiiskilän tulos on, että hybridikonenäkö toimii paremmin pienellä datamäärällä kuin pelkkä Transformer-neuroverkkomalli, joka on koulutettu samalla pienellä datajoukolla. Käytännön sovellus on esimerkiksi kasvaimien tunnistaminen kuvista.

Kiiskilä on voittanut Tutki-Kokeile-Kehitä-kilpailussa aiemminkin; vuonna 2022 ja 2020.

Voittajatyössään Kalle Wesanko, Zhiyuan Liu ja Matias Manninen ottivat tavoitteekseen rakentaa shakkia pelaava tekoäly, joka tekee mahdollisimman ihmismäisiä siirtoja. Työn otsikko on ”Inhimillisen pelitavan emulointi MTD-f-hakuun pohjautuvalla shakkikoneella”. Työtä ohjasi Ville Tilvis.

Finaalissa Wesanko kertoi, että hän, Liu ja Manninen pitävät shakin pelaamisesta. Heidän kokemuksensa on, että konetta vastaan pelaa paremmin ja eri tavalla kuin ihmistä vastaan. He halusivat rakentaa shakkikoneen, jonka avulla voi simuloida ihmistä vastaan pelaamista ja jota käyttämällä voi itse kehittyä pelaajana. Käytännössä tämä tarkoitti shakkikoneen koodaamista, testiympäristön rakentamista ja inhimillisyyden määrittämistä tilastollisesti.

Wesanko, Liu ja Manninen saivat rakennettua shakkikoneita, jotka pelaavat inhimillisiä siirtoja, mutta he tulivat siihen tulokseen, että heidän optimointimenetelmänsä ei ole paras tapa inhimillistää shakkikonetta. Kolmikko esittää, että parempi tapa olisi neuroverkkoihin pohjautuva lähestymistapa.

Nuorempien sarjan voittajat tutkivat aivokasvaimia ja lukemiseen innostamista

– Miten voi valita kolme parasta? Tosi vaikea tehtävä tuomaristolle, kuvaili Veli-Matti Ikävalko 3.–9.-luokkalaisten kilpasarjan töitä. Hän toimi kilpasarjan tuomaristossa ja johtaa Aalto-yliopisto Junioria.

3.–9.-luokkalaisten sarjassa oli yhteensä 11 finalistityötä. Sarjan voitto jaettiin kahdelle työlle iän mukaan: Asiya Yousfi Maatullin peruskoulusta Helsingistä voitti 7.–9.-luokkalaisten sarjan ja Anni Nikkinen, Aina Finell ja Eero Lampinen Helsingin Suomalaisesta Yhteiskoulusta voittivat 3.–6.-luokkalaisten sarjan. Molempien palkintojen suuruus on 1 000 euroa.

Asiya Yousfi tutki voittajatyössään glioomien epidemiologiaa. Glioomat ovat aivokasvaimia. Ne syntyvät hermotukisolujen mutaatioista, jotka aiheuttavat niiden liikakasvua. Yousfi tutki Suomen ja Ruotsin osalta muun muassa glioomien yleisyyttä, hoitoa sekä sairastumisen eroja sukupuolen, ikäryhmän ja asuinpaikan mukaan.

Länsi-Suomessa glioomien ilmentyvyys korostui merkittävästi enemmän kuin Itä-Suomessa. Ruotsin Jämtlandissa naisilla glioomien ilmentyvyys on korkeampi kuin miehillä, mikä on päinvastoin kuin Pohjoismaissa muuten.

Yousfi on aiemmin voittanut Tutki-Kokeile-Kehitä-kilpailussa nuorempien eli 3.–6.-luokkalaisten sarjan kolmesti. Viime vuonna hän tutki tekoälyä.

– Siihen liittyi niin voimakkaasti äly ja neuroverkot, että päätin ottaa aivot nyt tutkimusaiheekseni, hän kertoo.

Anni Nikkinen, Aina Finell ja Eero Lampinen voittivat tutkimuksellaan ”Luetaan! Miten herättää viides- ja kuudesluokkalaisten lukuinto kotona, koulussa ja kirjastossa?”. Työn ohjasi Leena Paasio-Leimola.

Työ on ajankohtainen. Kun vuoden 2018 Pisa-tutkimuksessa suomalaisten 15-vuotiaiden lukutaito oli OECD-maiden parasta, oli sijoitus tuoreimmassa Pisa-tutkimuksessa vuodelta 2022 lukutaidossa enää 14.

Työssään Nikkinen, Lampinen ja Finell esittelevät 27 keinoa innostaa 11–13-vuotiaita lukemaan enemmän. Suosituin keino kirjastossa on kirjastokahvila, kotona herkut ja yhteinen lukuilta ja koulussa lukutunnit. Myös esimerkiksi retket kirjojen tapahtumapaikoille voivat innostaa lukemaan.

Tutki-Kokeile-Kehitä-kilpailun nuorimpien eli esi- ja alkuopetuksen sarjan voitti Taipalsaaren Kirkonkylän koulun esiopetusryhmä. He tutkivat työssään matematiikkaa ja mittasivat esimerkiksi puita, lätäköiden syvyyttä, lunta ja lemmikkien ruokamääriä sekä laskivat päiviä jouluun.

Taipalsaarelaisten työ oli sarjan ainoa finalistityö. Palkinnon suuruus on 300 euroa.

Tutki-Kokeile-Kehitä-lopputapahtumassa tuomarit haastattelevat finalistit. Teekkarituomaristo on vuoden 2024 Aalto-Helsinki iGEM -tiimissä.

– On ollut inspiroivaa keskustella nuorten kanssa heidän projekteistaan, ja ilo päästä tukemaan nuoria lahjakkuuksia, Teekkarituomaristo summaa.

Tutki-Kokeile-Kehitä tekee yhteistyötä STEK Sähkökisan ja Euroopan avaruusjärjestö ESAn Ilmastoetsivät-projektin kanssa. Myös näiden sekä Keksintösäätiön palkinnot jaettiin Tutki-Kokeile-Kehitä lopputapahtumassa 17.4.

Katso kaikki finaalissa jaetut palkinnot ja niiden voittajat: www.tukoke.fi Voit myös katsoa videotallenteen palkintojenjaosta.

Kaikki finaalityöt ovat esillä virtuaalisessa näyttelyssä.