Opiskelijat rakensivat robotin kouluttamaan koiria!

Susanna, Lucky ja robotti

Susanna, Lucky ja robotti

Syksyllä 2018 Aalto-yliopiston kansainvälinen opiskelijaryhmä sai eteensä varsin poikkeuksellisen projektin: heidän tulisi suunnitella robotti, joka opettaa tavallisenkin turren tehokkaaksi hajukoiraksi.

Tutustuimme keväällä hajukoiria kouluttavaan ja hajukoiratutkimusta tekevään Wise Nose - Suomen hajuerotteluyhdistykseen (Lue juttu POP Koivunlehdestä). Hämmästelimme koirien huimaa hajuaistia ja pohdimme ääneen sitä, olisiko omista lemmikeistämme moiseen. Yhdistyksen toiminnanjohtaja Susanna Paavilainen hymyili innostuksellemme ja vakuutti, että melkein minkä tahansa koiran voi kouluttaa hajukoiraksi.
 
"Meillähän on myös se start-up. Ja koulutusrobottikin tulossa", Susanna mainitsi ohimennen. "Aalto-yliopiston opiskelijat tekevät sen yhdessä korealaisten kanssa."
 
Start-up? Hajukoiran koulutusrobotti? Aalto-yliopisto ja korealaiset? Mitä ihmettä? Tästä pitäisi kuulla lisää.
 

Kansainvälinen opiskelijaryhmä

 
Kuukautta myöhemmin olemme taas hajukoirayhdistyksen toimistolla. Aiemmilta kerroilta tuttu hajukoira Kössi tassuttelee rauhallisesti jaloissa, kun kansainvälinen opiskelijatiimi kertoo hankkeesta. 
 
"Me opiskelemme Aalto-yliopistossa ja mukana on myös korealaisen Yonsei Universityn opiskelijoita. Tämä on opintoihin kuuluva tuotekehitysprojekti, jossa toteutetaan prototyyppituote asiakkaan toimeksiannon pohjalta", kertoo hankkeen projektipäällikkönä toimiva Shreyasi Kar.
  
Shreyasi ja Kössi
"Tehtävänä meillä oli suunnitella ja valmistaa robotti, joka kouluttaisi koiran tunnistamaan tiettyjä hajuja. Projektissa suunnitellaan koko tuote markkina-analyysia, muotoilua ja tekniikkaa myöten." 
 
Toimeksiantajana toimi laitteen kehittämistä ja tuotteistamista varten perustettu start-up-yritys Nose Academy Oy. Yrityksen perustamiseen johti hajukoirayhdistyksen Susanna Paavilaisen ja syöpäkoiratutkimuksen johtaja Anna Hielm-Björkmanin havainto siitä, että hajujen tunnistaminen vaatii koirilta paljon raskasta ajatustyötä. Se rauhoittaa koiria ja vähentää niiden riehumista sisätiloissa. 
 
Koirien koulutus edellyttää myös paljon toistoa ja robotin avulla jotkin koulutusvaiheet voitaisiin automatisoida niin, että ne aktivoisivat koiraa varsinkin silloin kun niiden omistaja on vaikka töissä. Lopputulos olisi kaikille hyvä.
 
"Aloimme koota tiimiä syyskuussa 2018. Sitä ennen emme tunteneet toisiamme lainkaan", Shreyasi kertoo projektin alkuvaiheista. 
 
"Kaikki kuitenkin pitivät koirista", kertoo tuotteelle markkina-analyyseja ja tuotantosuunnitelmaa tehnyt Jaakko Lehtilä.
 
Matkan varrella hyvin yhteen hitsautunut tiimi on hyvin kansainvälinen. Mukana on suomalaisia, intialaisia, korealaisia, kiinalaisia ja ranskalaisia eri alojen opiskelijoita. Etäkumppanina mukana on myös korealainen yliopisto, jossa kehitetään sovellusta robotin tueksi.
 
"Kaiken kaikkiaan tiimissä on 11 henkeä. 6 täällä Suomessa ja 5 Koreassa. Projektipäällikkönä minä varmistan, että asiat tapahtuvat", Shreyasi kertoo nauraen.
 

Omat koirat motivaationlähteenä

 
Suomessa työskentelevään ryhmään kuului Shreyasin ja Jaakon lisäksi Kaustubh Patade, Yunfei Xue, Franquelin Alexandre ja Weiyu Tu. Tavoitteena oli alusta asti kehittää laite, joka auttaisi syöpäkoiratutkijoita koulutustyössä, mutta sopisi myös tavallisille koiranomistajille. 
 
Melkoinen haaste, mutta siihen tartuttiin innokkaasti: kaikki pitivät koirista ja halusivat työskennellä niiden kanssa. Monella oli koira myös itsellään.
 
"Oletko kouluttanut koiraasi?" kysyy Nose Academyn Anna laitteen prototyyppiä suunnitelleelta Jaakolta.
 
"Kyllä vain", kertoo Jaakko, ja paljastaa, että hän on harjoitellut hajuntunnistusta oman jackrusselinterrierinsä kanssa. 
 
"Olen ihan tavallinen koiranomistaja", Jaakko jatkaa. "Olen siis kokeillut, miten koirat käyttäytyvät ja onko koulutus laitteen avulla ylipäätään mahdollista. Edustan siis tavallaan robottimme loppukäyttäjiä."
 

Robotti koiran seurana

 
Laitteen perusperiaatteena on tarjota koiralle haisteltavaksi erilaisia hajunäytteitä ja palkita se sitten oikean näytteen tunnistamisesta.
 
Jaakko kertoo kehitysprosessista
Kuulostaa yksinkertaiselta, mutta on kaikkea muuta. 
 
Oikea haju riippuu siitä, minkä hajun omistaja haluaa koiransa oppivan tunnistamaan. Aloittelijalla se voi olla jokin helppo haju, kuten eukalyptus. Kokeneemmat koirat osaavat jo erottaa syöpämolekyylejä virtsanäytteistä.
 
Koiran kouluttamisessa tärkeää on saada koira yhdistämään toiminta ja palkinto. Oikeasta suorituksesta annettava palkinto pitää saada ripeästi, jotta koira varmasti yhdistää sen oikeaan suoritukseen. Tarvitaan siis laitteita, jotka ovat täysin toimintavarmoja, nopeita ja selkeitä koirien käytettäväksi. 
 
Mitään ei ollut valmiina, joten kaikki piti tehdä itse. Koulutusprosessi toki tiedettiin, mutta miten se automatisoitaisiin. Ja miten tehtäisiin käyttöliittymä koiralle? Miten koiran saisi painamaan nappeja? Sopisiko yksi laite ylipäätään kaikille koirille? 
 
Omistajan pitäisi myös pystyä seuraamaan koiran touhuja poissaollessaan. Tarvittiin siis jonkinlaisia etäohjaussovelluksia, joiden käyttöliittymiä ja toimintoja suunniteltiin erityisesti koreassa.  
 
Projekti oli monimutkainen ja käytännön ongelmia oli kosolti. Ryhmä tekikin tiivistä yhteistyötä Nose Academyn kanssa ja seurasi silmä tarkkana Kössin käyttäytymistä haistelutesteissä. Paljon hyviä vinkkejä ja käytännön koulutuskokemusta saatiin yhdistyksen vuosia kestäneen tutkimus- ja koulutustyön tulosten pohjalta. Teorian ymmärtäminen oli tärkeää, jotta prosessi pystyttäisiin automatisoimaan. 
 

Vaativa kehitysprosessi

 
Koirankoulutusrobotti saa mielikuvituksen laukkaamaan. Kehitystyö on kuitenkin arkisempaa. Ryhmä pyrki kehittämään mahdollisimman yksinkertaisia ja toimivia prototyyppejä. Hyvältä vaikuttaneet ideat eivät aina toimineet. Silloin piti palata takaisin suunnittelupöydän ääreen. 
 
Franquelin, Weiyu ja Kaustubh
Paljon päänvaivaa aiheutui erikokoisista koirista ja palkintona
  
 toimivista makupaloista. Laitteen piti kestää erikokoisten koirien käyttöä ja palkintoautomaattiin täytyi mahtua kaikenkokoisia ja muotoisia herkkunappeja ilman, että se meni tukkoon. Tukkiutunut laite vain hämmentäisi koiraa, kun oikeasta toiminnasta ei saisikaan palkkiota. Laitteen piti olla täysin toimintavarma. 
 
Onneksi tiimillä riitti ideoita ja osaamista. Käytössä olivat myös Aalto-yliopiston laitteet ja ohjaajat. Ensimmäiset mallit tehtiin pahvista, mutta modernien 3D-tulostimien avulla voitiin valmistaa monenlaisia prototyyppejä, muistelee laitetta muotoillut Kaustubh.
 
Erilaisia työpajoja ja testikertoja pidettiin projektin aikana useita ja testikoiriakin käytettiin monia. Kaiken aikaa edistyttiin kohti entistä vakaampia ja valmiimpia mall
 eja.

Lopussa kiitos seisoo

 
Toukokuun puolivälissä projekti lähestyi päätöstään ja edessä oli projektien esittelytilaisuus. Aalto-yliopiston tilat vilisivät uteliaita vieraita, jotka olivat tulleet katsomaan opiskelijoiden projekteja. Robotti ja koirat vetivät kiinnostuneita puoleensa magneetin lailla.
 
Projekti oli saanut nimekseen Nose Knows, ja sitä esiteltiin tilassa, joka oli suljettu pienellä aidalla. Koiria kun ei voinut päästää juoksemaan vapaana teollisuuslaitteita täynnä olevalla kampuksella.
 
Huoneen perällä kahden esittelijäkoiran vieressä se sitten oli: robotti!
 
Koko tiimi esitteli tuotostaan ylpeänä. Paikalla oli myös projektin sovellusosuutta Koreassa kehittänyt paikallinen tiimi. Tilan seinillä näkyi markkinointijulisteita ja pöydillä prototyypin eri versioita matkan varrelta. Työtä oli selvästi tehty paljon, kuten tuotekehitykseen kuuluu. 
 
Lattialla oli hajunäytteet sisältävä kennosto, jonka sisällä sähköinen karuselli pyöritti hajunäytteitä kuin Linnanmäen Mustekala konsanaan. Paikkaansavaihtavien näytteiden ansiosta koira ei voinut koskaan tietää, missä oikea näyte oli, vaan se joutui tekemään työtä palkintonsa eteen. 
 
Oikean näytteen löydettyään koira painoi varmaotteisesti sen kohdalla olevaa painiketta. Seinällä oleva käkikellomainen palkintoautomaatti surahti ja pudotti alapuolella odottavalle koiralle pienen herkun. Se katosi suureen kitaan nopeasti. Taustalla näytekennosto pyöritti näytteitä jo uuteen järjestykseen.
 
Weiyu ja Jaakko esittelivät kokonaisuutta valvovaa älypuhelin-sovellusta. Sen avulla koiran omistaja saattoi ajastaa koulutusjaksot ja seurata koiran edistymistä vaikka töistä käsin. Palkintoautomaatissa olevan kameran avulla pystyi jopa tarkistamaan mitä koira touhusi. 
 
Kaikki vaikuttaa toimivalta ja huolellisesti ajatellulta. Sovellus jopa opasti koiranomistajan laitteen käyttöön ja kertoi koirankoulutuksen alkeet ja tarvittavat välineet. Tiimillä oli selvästi osaamista niin tekniikan kuin tuotesuunnittelun osalta.
Lucky testaa robottia

Mitä seuraavaksi?

 
Entä nyt kun laitteen prototyyppi oli valmis? 
 
"Koulun puolelta projekti päättyy periaatteessa tähän", Jaakko kertoi. Osa opiskelijoista palasi pian takaisin kotimaahansa. Muut jatkoivat opintojaan muiden projektien parissa. 
 
"Olemme itse tyytyväisiä. Tämä on mennyt ihan suunnitelmien mukaan. Laite ei ainoastaan näytä hyvältä, vaan saimme sen myös toimimaan. Tosin vasta ihan tällä viikolla", Jaakko kertoo nauraen.
 
Tekemistäkin oli vielä. Vaikka laitteen toimivuutta oli testattu koirien kanssa, todellinen tulikoe seuraisi vasta kun Anna ja Susanna pääsisivät näkemään miten koirat käyttivät laitetta yksin ollessaan. Tästä ryhmällä ei vielä ollut perinpohjaista kokemusta. Käyttökokemusta toki oli ja kokemukset olivat hyvät.
 
"Olen testannut tätä omaan jackrusselinterrieriinikin. Se on aika energinen pakkaus", Jaakko kertoi. Robotin kanssa touhutessaan jackrusselkin rauhoittuu.
 
Esittelypäivän päätyttyä opiskelijat luovuttaisivat projektinsa tilaajalle. Moni toivoi voivansa osallistua robotin jatkokehitykseen, mutta sinne asti kenenkään suunnitelmat eivät vielä yltäneet. Jatko olisi sitten tilaajan käsissä. 
 
Tilaajana toimivassa Nose Academyssa oltiin sielläkin tyytyväisiä. Laite oli patentoitu ja siitä haluttiin valmistaa sekä tavalliselle koiranomistajalle suunnattu versio, että mittavampi versio tutkimuskäyttöön. Poikkeuksellisen laitteen tuotannolle etsittiin vielä rahoitusta. Siihenkin oli harkinnassa poikkeuksellisia keinoja.
 
”Kesän lopussa käynnistetään joukkorahoituskampanja. Jos löytyisi sijoittajia”, Susanna intoilee jo valmiiksi. 
 
Jatkoa siis seuraa ja kuulemme varmasti vielä niin hajukoirista kuin niille koulutusrobotin suunnitelleista opiskelijoistakin.
 
Lue lisää syöpäkoiratutkimuksesta POP Koivunlehdestä

Tuomo Karvonen
Kirjoittaja on koirista pitävä kissaihminen