Tieteen ja teknologian historia osoittaa todeksi 1800-luvun ranskalaisen biologin Louis Pasteurin sanonnan, että ”sattuma suosii valmistautunutta mieltä”.

Esimerkiksi nykyinen sähköön pohjautuva tekniikka on vaatinut paljon aikaa, vaivaa ja tuuria. 1700-luvun staattisen sähkön kokeista edettiin vähitellen eristeiden ja johteiden tutkimukseen. Se toimi pohjana puolijohteiden ominaisuuksien löytämiseen ja sitä kautta transistorien, mikropiirien ja tietokoneiden kehittämiseen.

Myös kopiointi on hyväksi havaittu menetelmä kehittää uutta.

Mitä enemmän on olemassa teknologioita, sitä todennäköisemmin ne poikivat uusia.

Yhdysvaltalaisen Raytheon-yhtiön fyysikko Percy Spencer teki vuonna 1945 kokeita tutkatekniikassa käytetyllä elektroniputkella, magnetronilla. Hän huomasi, että laitteen lähellä hänen taskussaan oleva suklaapatukka alkoi sulaa. Magnetroni kuumensi suklaassa olevia nestemolekyylejä. Seuraavaksi hän kokeili popcorneilla, ja kun ne alkoivat poksahdella, hän tajusi magnetronin mahdollisuudet kotikäytössä.

Ensimmäinen Radarange-mikroaaltouuni painoi 360 kiloa, oli 1,65 metriä korkea ja maksoi nykyrahassa noin 50 000 euroa. Vasta parikymmentä vuotta myöhemmin keksintö alkoi mennä kaupaksi, kun laite mahtui pöydälle ja maksoi viittä tuhatta euroa vastaavan summan dollareita.


(1)  Helikopterin ideaa mietittiin jo 400-luvun Kiinassa. Jos vaahteransiemen kieppuu pudotessaan, voisiko sama toimia toisinpäin: pyörivä siipi tuottaisi lentävälle laitteelle nostovoiman?
(2)  Samaa mietti Leonardo da Vinci 1400-luvun lopulla. Pääongelma oli, että riittävää voimaa laitteen nostamiseksi ilmaan ei pystynyt ihmisvoimin tuottamaan. Myös ajan materiaalit olivat lentämiseen liian painavia.
(3) Polttomoottorin keksiminen 1876 aloitti liikkumisen uuden aikakauden. Wrightin veljekset lensivät koneellaan 1903, ja 1907 ensimmäinen helikopteri nousi hetkeksi ilmaan. Kreikan sana helix tarkoittaa spiraalia tai kierrettä, ja pteron on siipi. Helikopteri on siis ”kierresiipi”.
(4) Dronessa yhdistyy usean alan tietämystä: sähkö-, tieto-, viestintä-, materiaali- ja kameratekniikkaa.

Teflon on esimerkki löydöstä, joka näytti ensin epäonnistuneelta kokeelta. DuPont-yhtiön tutkija Roy Plunkett kehitteli 1938 uudenlaista kylmälaitteiden jäähdytysnestettä.

Hänen testaamansa fluoripitoinen kaasu jämähti erittäin liukkaaksi jauheeksi painepullon pintaan. Kyseessä oli tetrafluorieteeni. Keittiökäyttöön se tuli 1954, kun asiasta kuullut ranskalaisen lentokonetehtaan insinöörin Marc Grégoiren vaimo pyysi häntä pinnoittamaan paistinpannun ihmeaineella.

Lopputulos voi olla myös aivan päinvastainen kuin tavoite. Tarralappu syntyi, kun 3M-yhtiössä työskennellyt Spencer Silver yritti kehittää erittäin vahvaa liimaa – syntyikin vahingossa erittäin heikkoa liimaa, jota hänen ystävänsä keksi pyytää pitämään kirkkokuoron nuotteja paikoillaan.

Haamukuvasta röntgensäteisiin

 Kun Wilhelm Röntgen tutki Würzburgin yliopistossa katodisädeputkea, joka oli peitetty mustalla pahvilla, bariumplatinasyanidilla päällystetty levy alkoi fluoresoida pimeässä tyhjiöputken sähköpurkauksen aikana. Kyseessä ei ollut katodi- tai muu siihen asti tunnettu säteily.

Havainto ja sitä seuranneet lisätutkimukset julkaistiin melko pian vuoden 1895 loppupuolella. Keksintö sai suurta julkisuutta, ja yhdysvaltalaisen lehden reportterin tiedustellessa säteilyn laatua professori Röntgen vastasi ”Ich weiss nicht”, en tiedä. Tuntematonta merkitsevä kirjain X tuli säteiden anglosaksiseen nimeen, ”X-rays”.

Säteily läpäisi läpinäkymättömiä aineita eikä taipunut magneettikentässä kuten katodisäteet (elektronit). Raskaat alkuaineet, esimerkiksi lyijy, absorboivat säteitä. Kokeidensa aikana professori Röntgen havaitsi kätensä luiden näkyvän fluoresoivalla levyllä, ja rouva Bertha Röntgenin vasemmasta kädestä lasifilmille otettu kuva levisi nopeasti ympäri läntisen maailman.

Saman yliopiston anatomian professorin Köllikerin oikean käden röntgenogrammi herätti huomiota lääkäripiireissä. Kölliker nimitti säteet keksijänsä mukaan röntgensäteiksi, vaikka vaatimattomana miehenä Wilhelm Röntgen ei tästä pitänyt.

Lähde: Hannu Suoranta, Duodecim-lehti 1995;111(6):491

Erektiolääkettä ja röntgensäteitä

Lääketieteessä on paljon sattumalöytöjä. Kun sildenafiilia kehiteltiin sydänlääkkeeksi, tutkimuspotilaat pyysivät sitä lisää. Kauppanimeksi tuli Viagra.

Eturauhaslääkkeeksi suunnitellun finasteridin taas huomattiin estävän kaljuuntumista. Aine vaikuttaa hiuspohjan ja hiustuppien hormoniaineenvaihduntaan.

Myös lääketieteen teknologiassa on omat sattumalöytönsä. Wilhelm Röntgen tutki vuonna 1895 katodisäteitä niin sanotulla Crookesin putkella, joka oli varhainen elektroniputki. Hän huomasi metrin päässä olevan varjostimen hohtavan vihertävää valoa. Säteiden avulla pystyi näkemään pintojen läpi, esimerkiksi ihmisen luuston. Löytö poiki 1901 kaikkien aikojen ensimmäisen fysiikan Nobelin palkinnon.

Nettiselain syntyi sivutuotteena

Joskus käy niinkin, että periaatteessa nerokkaalle keksinnölle ei löydy markkinoita. Esteenä voi olla hinta tai se, ettei kukaan keksi uutuudelle mitään järkevää käyttöä.

Ensimmäisillä kotitietokoneilla pystyi mainosten mukaan esimerkiksi ”kätevästi” kirjoittamaan muistiin pakastimen sisällön. Vasta internet tiedonhakuineen ja sähköposteineen teki laitteista hyödyllisiä.


(1) Wilhelm Röntgen sai sähköteknisissä kokeissaan vuonna 1895 puolivahingossa aikaan säteilyä, jolla saattoi tallentaa valokuvauslevylle esimerkiksi kuvan luuston rakenteesta.
(2) Röntgensäteet otettiin nopeasti tutkimus- ja hoitokäyttöön. Uusi säteily oli aikansa ihme, ja sitä ryhdyttiin heti käyttämään murtumien ja vierasesineiden toteamiseen. Läpivalaisu ja siihen liittyvä valokuvaus alkoivat kehittyä nopeasti.
(3) Kuvia saadaan yhä pienemmillä säteilyannoksilla, ja niistä erottuu runsaaasti yksityiskohtia.
(4) Turvatarkastuksessa käytettävä röntgenkuvan tietokoneanalyysi paljastaa yksityiskohtia, joista voidaan päätellä, mitä materiaalia laukun tavarat ovat.

Kaksituhatta vuotta 
vanha tietokone

 Kreikan saaristosta vuonna 1901 löytynyttä niin sanottua Antikytheran koneistoa voidaan pitää tietokoneen varhaisena esiasteena. Kyseessä on noin 100–150 vuotta ennen ajanlaskun alkua rakennettu kenkälaatikon kokoinen laite. Se on näytteillä Ateenan arkeologisessa museossa.

Pronssinen koneisto mallinsi Auringon, Kuun ja tuona aikana tunnettujen planeettojen liikkeet. Sillä pystyi ennustamaan Kuun vaiheet, auringon- ja kuunpimennykset, kirkkaimpien tähtien ja eläinradan kierron taivaalla sekä kertomaan tulevien olympialaisten ajankohdat.

Laitteen ulkopuolella on numerotaulu ja kampi ja sisällä mutkikas, 30 liikkuvaa osaa käsittävä koneisto. Metalliosia on kaikkiaan 82. Koneen pinnassa on tekstiä, joka viittaa sen käyttöön taivaankappaleiden liikkeiden kuvaajana.

Seuraavan merkittävän mekaanisen tietokoneen suunnitteli englantilainen Charles Babbage vuonna 1849. Laite oli niin mutkikas, että sen mallikappale onnistuttiin rakentamaan vasta 2002.

Kun vipujen ja rattaiden asemesta tietoa opittiin 1900-luvulla käsittelemään sähköisessä muodossa, alkoi modernien tietokoneiden aika.

Vuonna 1977 Xerox-yhtiöllä oli valmiina kotitietokone Xerox Star, jossa oli kaikki menestyksen ainekset: 17 tuuman näyttö, graafinen käyttöliittymä, hiiri, 10 megatavun muisti ja yhteys muihin tietokoneisiin. Kone maksoi nykyrahassa 250 000 euroa. Paljon rahaa laitteesta, jonka käyttötarkoitus oli kuluttajille vaikea hahmottaa.

Apple kopioi tekniikan, koska Xerox oli unohtanut patentoida sen. Apple teki koneesta yksinkertaistetun, halvemman version ja räjäytti koko alan.

Nettiselaimien juuret puolestaan ovat Applen HyperCard-nimisessä hakujärjestelmässä, jolla pystyi yhdistämään ja jakamaan tiedostoja. Idea vaikutti hyvältä, mutta yhtiö ei itsekään tiennyt, mitä sillä voisi tehdä. Se kuitenkin liitettiin ensimmäiseen Mackintosh-koneeseen vuonna 1987.

HyperCardin idealle alkoi löytyä käyttöä, kun Euroopan hiukkastutkimuskeskuksessa Cernissä Tim Berners-Lee mietti, miten tutkijat voisivat jakaa tietoja. Fyysikko Robert Cailliau kehitti hypertekstin siirtoprotokollan (http), jota selaimet ja palvelimet käyttävät tiedonsiirtoon. 1993 julkaistiin ensimmäinen nettiselain, Mosaic. Nyt 25 vuotta myöhemmin netti on maailmanlaajuinen.

Ketterin voittaa kisan

Perinteiset sanoma- ja aikakauslehdet kehittävät vahvasti nettipalveluja, Tekniikan Maailma muiden muassa. Ajatus ei ole uusi: Floridassa Coral Gablesin kaupungissa Knight Ridder -lehtikustantamo otti digitaaliset uutis- ja yhteisöpalvelut käyttöön jo vuonna 1980. Television kautta saattoi lukea seuraavan päivän otsikoita ja juttutiivistelmiä sekä pelata, shoppailla ja lähettää viestejä.

Monitieteellisyys tuottaa joskus tuloksia, joita mikään ala ei olisi yksin oivaltanut.

Palvelu toimi kuitenkin hitaasti ja kankeasti, ja viiden tuhannen tilaajan voimin se ei kannattanut. Kaikki sisältö oli kahdeksassa keskusmuistiyksikössä, jotka kustantamon johtajan Norman Morrisonin mukaan olivat pesukoneen kokoisia.

Biologi Charles Darwinilta lainattu sanonta ”survival of the fittest” ei tarkoita vahvimman, vaan ketterimmän eloonjääntiä. Compuserve-yhtiö toi vuonna 1983 markkinoille samat palvelut kuin Knight Ridder, mutta toimivammin ja halvemmalla. Alan kehitys ei ole sittemmin tasaantunut vaan kiihtynyt.

Kynä-padia kokeiltiin jo 1992

Kosketusnäyttö tuli markkinoille ensimmäisen kerran 1992, kun Apple esitteli Messagepad-laitteen. Siihen voi kirjoittaa kynällä – ainakin periaatteessa. Laite toimi huonosti ja kulutti paljon pattereita, eikä sitä voinut kytkeä ulkopuoliseen tietokoneeseen.

Steve Jobs lakkautti hankkeen ja toi myyntiin 2007 kosketusnäytöllisen iPhonen ja 2010 iPadin, joista alkoi nykyisten kosketusnäyttöjen voitonmarssi. Kynällä toimivia näyttöjä on alkanut nyt tulla niiden rinnalle uudelleen, tällä kertaa paremmin toimivina.

Teollisuus poikii teknologiaa

Myös kopiointi on hyväksi havaittu menetelmä kehittää uutta. Viime vuosisadan lopulle saakka suomalaiset konepajat kopioivat ulkomailta metsäteollisuuden teknologian ja koneet sekä sähkötekniikan. Vuonna 1864 metallialan opiskelija Fredrik Idestam näki sattumalta Saksassa, miten valmistetaan puuhioketta paperin raaka-aineeksi. Hän perusti puuhiomot Tampereelle ja Nokialle. Nokia Oyj sai alkunsa ja on myöhemminkin kopioinut ja ostanut osaamista muualta.


(1) Diodi on komponentti, joka päästää sähkön virtaamaan vain yhteen suuntaan. Ensimmäiset diodit olivat elektroniputkia, mutta 1900-luvun alussa niitä alettiin yhä enemmän rakentaa puolijohteista.
(2) Uusi harppaus puolijohteiden alalla tehtiin 1947, kun transistori keksittiin. 1960-luvulta lähtien transistoreja on pakattu mikropiireihin. Aluksi niitä oli piirissä alle kymmenen, nykyään parhaimmillaan satoja miljardeja.
(3) Xerox Star oli välivaihe matkalla kohti nykyaikaisia tietokoneita. Se oli aikansa edistynein kone, mutta kallis hinta ja olemattomat kuluttajamarkkinat pudottivat sen pelistä. Apple kopioi Starista parhaat palat, pudotti hintaa ja menestyi.
(4) Apple kehitti kosketusnäyttöä, mutta kynän käyttöön perustunut Messagepad-laite toimi huonosti. Sormen kosketusta hyödyntävä uutuus löi lopulta läpi.

Huipputeknologiaa ei ole pakko kehittää alusta asti. Hyvä esimerkki on satelliittimonitorointiyritys Iceye Oy, joka kokoaa laitteensa pääosin huokeasta maanpäällisestä hyllytavarasta.

Esimerkki havainnollistaa myös kahdensuuntaista liikettä avaruuden ja Maan välillä. ”Tavallista” tekniikkaa menee taivaalle yhä enemmän. Toisaalta avaruuden kovissa olosuhteissa saadaan kokemuksia, joita voidaan hyödyntää maanpäällisessä tekniikassa.

Teollisuuden tarpeet ohjaavat teknologian harppauksia. Kun Suomen saha- ja selluteollisuus lähti vahvaan nousuun 1900-luvun puolivälissä, puun korjuuteknologia jäi jälkeen. Oli pakko täyttää aukko. Puunkorjuuyrittäjä Einari Vidgrén kyllästyi huonoihin koneisiin ja alkoi rakentaa parempia. Syntyi yksi johtavista metsäkoneyrityksistä, Ponsse.

Tietokonepelien harrastajat ovat pakottaneet yrityksiä kehittämään tietokone- ja mobiiliteknologiaa ja mikroelektroniikkaa. Vanhempi esimerkki on radioamatööritoiminta, joka loi pohjaa nykyajan mobiililaitteille.

Palvelualat hitaasti mukaan

Koneet ovat korvanneet ihmisvoimaa 1800-luvulta alkaen, ja raskaissa ja likaisissa töissä ne on otettu ilolla vastaan. Lapion varteen ojankaivuuseen tuskin löytyisi enää halukkaita, ja monet tehdastyöt olisivat ihmiselle niin vaarallisia, ettei turvasäädöstö sitä sallisi.

Palvelualoilla muutos on hitaampaa: itsepalvelukassoja on vähän, vaikka niitä on miltei yhtä helppo käyttää kuin pankkiautomaattia. Miksi automatisoida, kun työvoimaa riittää? Pikaruoka-alalla on lähes sama tilanne. Tosin kalifornialainen Momentum Machines kokeilee hampurilaisten valmistusta robottivoimin.

Ajatus robotista, joka hoitaa ihmistä, on yhä outo. Vuonna 2010 yhdysvaltalainen yliopisto Georgia Tech esitteli robotin, joka pesee vuoteessa lepäävän potilaan kostealla sienellä. Japanilainen tutkimuslaitos RIKEN rakensi 2011 nallekarhumaisen robotin, joka pystyy nostamaan liikuntakyvyttömän ihmisen sängystä pyörätuoliin.

Pelkkä neronleimaus ei riitä

 Tieteentekijöiltä ei ole puuttunut mielikuvitusta, mutta tekniset mahdollisuudet ovat rajoittaneet keksintöjä. Helikopterin ideaa pohdittiin jo 400-luvun Kiinassa, ja myös Leonardo da Vinciltä löytyy hahmotelmia. Ilmaa raskaampia koneita – paitsi kuumailmapalloja – pidettiin mahdottomina 1800-luvun lopulle asti.

1903 Wrightin veljekset saivat koneensa pysymään ilmassa 12 sekuntia, ja sen jälkeen kehitys oli nopeaa. Ratkaiseva tekijä oli Nicolaus Otton vuonna 1877 kehittämä polttomoottori, koska pelkällä lihasvoimallaan ihminen ei pysty nousemaan ilmaan.

Avaruuden mustien aukkojen olemassaoloa pohti jo 1783 englantilainen geologi John Michell. Hän ajatteli, että jos tähti alkaisi romahtaa eikä mikään pysäyttäisi prosessia, seurauksena olisi täysin pimeä kappale. Hypoteesi jäi silloin hypoteesiksi, ilman kokeellista näyttöä.

Vasta Albert Einsteinin suhteellisuusteoriat ja valosähköteoria osoittivat vuosina 1905 ja 1915, että valo on hiukkasia ja aaltoja, ja se taipuu painovoimakentässä. Einstein muotoili 1905 sekä suppean suhteellisuusteorian että teorian valosta (myös) hiukkasina.

Mustat aukot olivat siis sittenkin mahdollisia – tosin niiden teoriaa alettiin kehittää vasta 1970-luvulla.

Entä se kuuluisin esimerkki tieteellisen teorian alkusysäyksestä: Isaac Newtonin päähän pudonnut omena? Tarina on melkein totta: Newtonin vuonna 1752 ilmestyneen elämäkerran mukaan hän istui aterian jälkeen raukeassa olotilassa puutarhassa ja näki omenan putoavan. Hän alkoi miettiä, mikä saa putoamisen aikaan. Pohdinnan ja laskelmien tuloksena syntyi painovoimateoria.

Painovoima-aaltoja havaittiin vuonna 2016, mutta teoria on kesken: emme vieläkään tiedä, mikä painovoiman loppujen lopuksi aiheuttaa. Tarvittaisiin isompi omena.

Lääkärilehden mukaan robotteja voidaan tulevaisuudessa käyttää yhä enemmän diagnostiikassa, päätöksenteon tukena, kirurgiassa, avustavissa tehtävissä, potilaiden omahoidon tukemisessa ja tiedonsiirrossa sekä tietojen rutiinikäsittelyssä, siirtelyssä ja lajittelussa.

Marjanpoimintarobottien kehitystyö on aktivoitunut Yhdysvalloissa ja Euroopassa, kun työvoimapula on alkanut puristaa. Yksi alan yrityksistä on belgialainen Octinion, joka kehittää mansikanpoimintarobottia.

Sota yksi inspiraation lähde

Tietokoneet, suihkulentokoneet, avaruusraketit, internet ja satelliittipaikannus ovat saaneet joko alkunsa tai vahvan lisävauhdin sodankäynnin tarpeista. Samaa alkuperää ovat ilmastointiteippi ja maastoautot sekä säilykepurkit ja partahöylät. Uusimmasta päästä ovat hyperspektrikamerat, joilla eri materiaaleja voidaan analysoida nopeasti ja tarkasti.


(1) Tarranauhan idean keksi sveitsiläinen insinööri George de Mestral tutkiessaan takiaisia, jotka tarttuivat hänen koiransa turkkiin ja hänen vaatteisiinsa kävelyretkillä Alpeilla.
(2) Mestral kehitti ­menetelmän, jolla muovista pystyttiin valmistamaan napakoita, koukun muotoisia tarttumaosia. Kun ne liittää pehmeään kankaiseen vastakappaleeseen, yhdistelmä pitää kuin takiainen.


Sotaan valmistautuminen ei kuitenkaan ole ainoa tapa edetä. Japanissa, entisessä Länsi-Saksassa ja Suomessa tekniikka kehittyi nopeasti toisen maailmansodan jälkeen, vaikka sotateollisuutta oli vähän.

”Sotateollisuusmaissakin” miehitetyt avaruuslennot, joilla oli vähän kytkentää asevarusteluun, veivät tekniikan kehitystä eteenpäin. Piilaakso sai nostetta, kun kuulennon moduuleihin piti rakentaa integroituja piirejä.

Turvavyön idea katapultista

Auton turvavyö on esimerkki tekniikan kehityksen monivaiheisuudesta. Ensimmäinen patentti auton turvavyölle haettiin jo vuonna 1885. Tunnetuin kehittäjä, ruotsalainen Nils Bohlin omi idean 1950-luvulla mutkan kautta. Hän oli Saabilla kehittänyt lentokoneiden katapultteja ja siirtyi sitten Volvoon hakemaan ratkaisua päinvastaiseen ongelmaan: miten pitää matkustaja paikoillaan?

Vaisala, huipputeknologiayrittämisen pioneeri Suomessa, hyödynsi tiedon liikkumista ja kopiointia jo kauan ennen kuin kukaan rupesi puhumaan syvenevästä integraatiosta. Meteorologi Vilho Väisälä näki vuonna 1931 maahan pudonneen neuvostoliittolaisen radioluotaimen. Siitä hän sai idean tuoda säähavaintopallojen mittaustulokset radioteitse maahan.

Monitieteellisyys tuottaa joskus tuloksia, joita mikään ala ei olisi yksin oivaltanut. Vuonna 2016 edesmennyt ekologi Ilkka Hanski kertoo viimeiseksi jääneessä kirjassaan Tutkimusmatkoja saarille, miten vuonna 2010 syntyi innostava tutkimushaara.

Hanski puhui hupenevasta luonnon monimuotoisuudesta ja allergiatutkija Tari Haahtela allergioiden yleistymistä. Äkkiä he huomasivat, että nämä saattavat liittyä toisiinsa. Mikrobit, jotka kuuluvat luonnon monimuotoisuuteen, kouluttavat ihmisen immuunijärjestelmää. Käsitys ”lian terveellisyydestä” alkaa olla yleisesti tuttu, myös Tekniikan Maailman sivuilta (TM 11/18: ”Ulkoilma ruokkii hyvää sisäilmaa”).

Tutkimuksen kutistaminen 
on säästöä väärässä paikassa

Valtiot ovat perinteisesti rahoittaneet kehitystyötä, joka on ollut liian kallista ja riskialtista yksityisille sijoittajille. Teknisen ja taloudellisen menestyksen tukena on ollut julkisin varoin rahoitettu perustiede.

Suomessakin on välillä osattu luoda tasapaino ”puhtaan” ja sovelletun tieteen välille. A. I. Virtasen ryhmän Nobel-tason saavutusten pohjana oli Valion panostus pitkäjänteiseen tutkimukseen. Outokumpu teki liekkisulatusteknologiaan johtanutta perusluonteista tutkimusta. Nokian ihmettä 1990-luvulla loivat tutkijat sekä yrityksissä että yliopistoissa.

Tekniikka edistää tieteen kehitystä yhtä paljon kuin tiede tekniikan. Monesti on vaikea selvittää, kumpi oli ensin.

Suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka syntyivät, kun tarkat tutkimus- ja mittauslaitteet antoivat odottamattomia tuloksia. Teoreetikot saivat uusia kysymyksiä pohdittavaksi, ja teknologian kehittäjiltä vuorostaan vaadittiin yhä hienompia mittareita.

Fyysikko Olli Lounasmaan ryhmä hyödynsi viime vuosisadalla matalien lämpötilojen tekniikkaa kylmäfysiikan perustutkimuksessa. Tutkimus puolestaan synnytti uutta tekniikkaa, kuten aivokuvauslaitteita.