Olipa kerran peruna ja sen digitaalinen kaksonen

Kahden alakouluikäisen lapsen isänä olen huolissani siitä, millaisen maapallon jätämme jälkipolville. Esimerkiksi kaikesta ihmiselle tuotetusta ruuasta menee hukkaan vuosittain kolmasosa, mikä vastaa noin 1,6 miljardia tonnia ja aiheuttaa noin kahdeksan prosenttia globaaleista kasvihuonepäästöistä. Samaan aikaan noin 800 miljoonalla ihmisellä ei ole tarpeeksi syötävää. Ruokahävikin suuruudessa asukasta kohden Eurooppa tulee hyvänä kakkosena Pohjois-Amerikan jälkeen.

Mitä tälle ongelmalle voisi tehdä? Otetaan esimerkiksi meille kaikille tuttu ruoka-aine, peruna. Entä jos perunan tuoreutta voisi automaattisesti mitata ja optimoida sen hyllyikää? Entä jos tämän voisi vielä yhdistää dynaamiseen hinnoitteluun: Mitä lähempänä ruuan todellinen pilaantumisikä on, sitä edullisemmaksi tuote muuttuu ja sitä helpommin kuluttaja tarttuu siihen?

Pohdin työssäni innovatiivisia tapoja digitaalisen teknologian käyttämiseen. Viime vuosien merkittävimpiä edistysaskeleita ovat olleet digitaaliset kaksoset. Se tarkoittaa sitä, että jostain esineestä tai asiasta tehdään tietokoneelle virtuaalinen malli, joka reagoi samalla tavalla kuin fyysisen maailman vastineensa. Tällä tavalla voidaan esimerkiksi arvioida koneiden osien kulumista ja vaihtaa osia uusiin, ennen kuin ne ovat vaarassa mennä rikki.

Hyödyt eivät rajoitu pelkästään koneisiin, vaan olemme tehneet digitaalisen kaksosen myös ihmisen ihosta. Sen avulla voidaan tehdä in vitro -kokeita ja joskus toivottavasti korvata eläinkokeet kokonaan. Voisiko samaa teknologiaa soveltaa ruokatuotantoon? Kyllä! Malli tästä on jo olemassa, ja tulokset ovat lupaavia.

Tutkimme parhaillaan ruuan tuoreuden ja dynaamisen hinnoittelun digikaksosta. Keräämme dataa ympäristötekijöistä ja siitä ajasta, joka kuluu maatilan tuotannossa, sadonkorjuussa ja pakkaamisessa, lajittelussa ja luokittelussa, keskusvarastossa, prosessoinnissa, ruokatuotevarastoissa, jakelussa sekä kuluttajan käsissä.

Suuret mullistukset alkavat usein pienistä asioista.

Mittaamme antureilla tuotteen laatua ja tuoreutta sekä laskemme hyllyiän. Anturit voivat sijaita perunan sisä- tai ulkopuolella. Ne havaitsevat esimerkiksi ilman lämpötilan ja suhteellisen kosteuden sekä kaasuja, kuten happea, etyleeniä ja hiilidioksidia. Nämä suureet yhdistetään erilaisiin malleihin ja tietokantoihin.

Tutkimuksen tarkoituksena on löytää malleja, joilla perunan hyllyikä voidaan määrittää missä tahansa oloissa mahdollisimman pienellä määrällä antureita. Silloin voidaan tehdä päätöksiä reaaliajassa ja muuttaa esimerkiksi kuljetusolosuhteita niin, että säilyvyys paranee.

Tutkimusryhmä on hakenut jo patentteja järjestelmille ja menetelmille, jotka liittyvät helposti pilaantuvien tuotteiden laadun arviointiin ja ihanteellisia kypsyysolosuhteita ennustaviin matemaattisiin malleihin.

Tuoreuden ja hyllyiän seurannan lisäksi teknologian avulla voidaan parantaa tuotteiden poimintaa ja jakelua, joka on ongelma etenkin ruuan verkkokaupan kasvaessa. Isot jätit, kuten Amazon ja Alibaba ovat osaltaan ratkomassa tätä haastetta. Amazon on järjestänyt vuosittain Amazon picking challenge -kilpailun, jossa robottikädellä yritetään poimia satunnaisia tuotteita yhdestä korista ja siirtää ne toiseen.

Tällä hetkellä kone pystyy tunnistamaan satunnaisen esineen reilussa kymmenessä sekunnissa, ja sen virhemarginaali on hieman yli kymmenen prosenttia. Ihminen pystyy tunnistamaan esineen alle sekunnissa virhemarginaalin ollessa olematon. Koneet kuitenkin kehittyvät koko ajan, koska laskentateho ja datan määrä kasvavat. Esimerkiksi perunaa ja sen eri lajeja ja muotoja kone ei tunnista, ellei sillä ole satojatuhansia tai jopa miljoonia näytteitä oppimateriaalina.

Smart Machine -tutkimusryhmämme on yhdessä yliopistokumppaneiden kanssa menestynyt näissä kilpailuissa ja soveltanut oppeja myös Pohjolassa esimerkiksi varastoilla käytettävien pitkänmatkan kuljetuskärryjen optimaaliseen pakkaamiseen. Tämä on vielä nykyään ihmistyötä.

Uudella teknologialla pyritään purkamaan rajoitteita kuten suurin nostokorkeus, joka ihmisellä jää hartian tasolle. Lisäksi työturvallisuus paranee, jos tiettyjä tehtäviä voidaan antaa koneiden tehtäväksi.

Suuret mullistukset alkavat usein pienistä asioista. Perunasta voi lähteä liikkeelle muutos, jonka avulla jätämme lapsillemme paremman planeetan.