Kolme nousevaa Aalto-yliopiston tutkijaa sai EU:n kilpaillun rahoituksen

Euroopan tutkimusneuvosto ERC on myöntänyt kolmelle Aalto-yliopiston tutkijalle viisivuotisen ERC Starting Grant -rahoituksen.

Uusia matemaattisia perusteita jatkuvalle ja turvalliselle vahvistusoppimiselle

Sähkötekniikan ja automaation laitoksen apulaisprofessori Dominik Baumann johtaa hanketta, joka keskittyy vahvistusoppimiseen (englanniksi reinforcement learning eli RL), eli tekoälyn osa-alueeseen, joka on mahdollistanut monia viimeaikaisia läpimurtoja. Esimerkiksi vuonna 2016 RL-pohjainen AlphaGo-järjestelmä päihitti Go-pelin maailmanmestarin, mikä on saavutus, jonka aiemmin ajateltiin olevan tekoälylle liian vaikea. RL-menetelmillä on myös keskeinen rooli suurten kielimallien, kuten ChatGPT:n, kouluttamisessa.

Yleisellä tasolla RL:ssä tekoälyagentti on toistuvasti vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa. Se havainnoi nykytilaa, valitsee toimenpiteen ja saa palkkion, joka riippuu toimenpiteen laadusta. 

”Agentti oppii yrityksen ja erehdyksen kautta, mikä johtaa yhä tehokkaampaan käyttäytymiseen. Johdonmukaisesti annettu palaute ja palkitseminen muistuttaa koiran kouluttamista”, Baumann sanoo.

Hankkeessa Baumann tiimeineen keskittyy kahteen asiaan, jotka liittyvät RL-agenttien oppimiseen. Perinteinen RL optimoi odotetun palkkion laskemalla eri toistojen keskiarvon. Näissä tilanteissa on mahdollista, että harvinaiset, korkean palkkion poikkeamat ylikorostuvat. Tämä voi suosia riskialtista toimintaa, joka toisinaan onnistuu, mutta usein epäonnistuu. Tämä ei ole toivottua tilanteissa, joissa turvallisuus on erittäin oleellista, kuten autonomisessa ajossa eli itseajavissa autoissa. Baumann tiimeineen haluaakin siirtyä kohti yksittäisen agentin pitkän aikavälin käyttäytymisen optimointia.

Toinen asia, johon hankkeessa keskitytään, liittyy agenttien kouluttamiseen käyttöönoton jälkeen. RL-agentteja koulutetaan ennalta määrätyn ajan ja otetaan sen jälkeen käyttöön, mikä toimii hyvin esimerkiksi Go-pelin kaltaisissa ympäristöissä, joissa säännöt eivät muutu. Tosielämässä agentit kuitenkin kohtaavat tilanteita, joita ne eivät ole nähneet koulutuksessa. 

“Aikaisempaa esimerkkiä käyttäen, autonomisessa ajossa ajoneuvo kohtaa jatkuvasti uusia tilanteita, joita ei ole ollut koulutuksessa. Haluamme mahdollistaa sen, että agentit voivat jatkaa oppimista tehokkaasti ja turvallisesti myös käyttöönoton jälkeen”, Baumann kertoo.

Hankkeen nimi: Ergodicity-aware continual reinforcement learning (ErgCRL).

Kestävämpiä rakenteita mikrometreistä lähtien

Akatemiatutkija Tero Mäkinen tutkii erilaisten materiaalien, kuten metallien ja biopohjaisten materiaalien, vaurioitumista ja vaurioiden kasvamista mikrometrien mittakaavasta lähtien.

“Tavoitteena on selvittää vaurioitumiseen liittyviä fysikaalisia prosesseja ja niiden pohjalta kehittää suunnitteluperiaatteita kestävimmille materiaaleille”, Mäkinen sanoo.

Tulosten avulla voidaan tulevaisuudessa suunnitella materiaaleja, joiden rakenne hidastaa vaurioiden etenemistä ja ehkäisee rikkoutumista.

“Materiaalien väsyminen, viruminen ja murtuminen rajoittavat lähes kaikkien rakenteiden ja materiaalien käyttöikää. Ymmärrys rikkoutumiseen johtavista mekanismeista auttaa uusien materiaalien suunnittelussa pidempikestoista rasitusta varten.”

Hankkeen nimi: Design rules for failure-resistant materials (FORTIFY).

Uusi elektrolyyttirakenne voi auttaa ionikuljetuksen eriyttämisessä 

Akkukäyttöisten laitteiden yleistyessä tarvitaan entistä tehokkaampia tapoja varastoida energiaa. Tutkijat etsivät nyt uusia elektrolyyttimateriaaleja, jotka mahdollistaisivat suuren energiatiheyden akkujen valmistuksen. Elektrolyytin tehtävä on kuljettaa ioneja elektrodien välillä, ja sen on oltava samalla sekä mekaanisesti kestävä että yhteensopiva elektrodien kanssa. Näiden ominaisuuksien yhdistäminen yhteen materiaaliin on haastavaa. 

Tutkijatohtori Owies Wanin johtaman ERC-hankkeen tavoitteena on kehittää polymeerielektrolyyteille uudenlainen rakenne, jossa ionien kuljetusta ja materiaalin mekaanisia ominaisuuksia voidaan säädellä aiempaa itsenäisemmin. 

”Tulokset voivat edistää turvallisempien, suuremman energiatiheyden akkujen kehittämistä, erityisesti litiummetalliakuissa ja muissa litiumioniakkujen jälkeisissä akkuteknologioissa”, Wani sanoo. 

Hanke hyödyntää hybridejä nestekide-elektrolyyttejä, jotka yhdistävät molekyylisten ja kolloidisten nestekiteiden edut. 

”Elektrolyytti suunnitellaan niin, että siihen muodostuu nanomittakaavan reittejä, joita pitkin ionit voivat liikkua tehokkaasti. Kolloidiset komponentit vahvistavat rakennetta ja varmistavat, että ionit pääsevät kulkemaan jatkuvasti materiaalin läpi”, Wani kuvailee. 

Hankkeen nimi: Decoupling Ionic Transport from Mechanical Properties using Hybrid Liquid Crystal Electrolytes (DECOUPLE). 

Euroopan tutkimusneuvosto (ERC) myöntää rahoitusta huippututkijoille korkeatasoiseen ja uraauurtavaan tutkimukseen. Tieteellinen huippuosaaminen on ainoa kriteeri, jonka perusteella ERC:n kärkitutkimusapurahoja myönnetään. ERC Starting Grantin voi saada erittäin lupaava, nuori tutkija, jonka tohtorintutkinnosta on kulunut 2–7 vuotta.