Opiskelijaprojektina työstettiin omenantunnistussovellus

Yhteisöllinen, monialainen työskentely edistää oppimista. Tätä päästiin testaamaan käytännössä, kun Hämeen ammattikorkeakoulun Forssan toimipisteen kolmannen vuosikurssin biotalouden insinööriopiskelijat ja Lepaan toimipisteen toisen vuosikurssin puutarhatalouden opiskelijat kohtasivat syksyn ensimmäisen oppimismoduulin aikana (kuva 1).

Hämeen ammattikorkeakoulun henkilöstön tapaamisissa ja keskusteluissa syntyy usein luontevasti yhteistyöideoita ja kehitystarpeita yli koulutusohjelmarajojen. Eräässä käytäväkeskustelussa opettajat miettivät, miten uudet teknologiat voisivat tuoda helpotusta erilaisten eliöiden määrittämiseen. Tästä innostuneena opettajat kehittivät yhteisen projektin biotalouden insinöörien mobiiliratkaisut- ja puutarhatalouden tuotetietous -moduuleihin. Tavoitteeksi tuli suunnitella ja toteuttaa omenalajikkeiden tunnistukseen tarkoitettu mobiilisovellus.

Tuotetietous-moduulin yhtenä teemana ovat kasvintunnistukset, joihin kuuluu myös omenalajikkeiden tunnistaminen hedelmästä. Omenalajikkeita on yksistään Suomessa satoja ja kaupallisiakin lajikkeita kymmenittäin, joten tunnistettavaa riittää. Tunnistaminen ei ole yksinkertaista: pelkästään omenan ulkonaiset seikat kuten väritys tai muoto eivät riitä varmaan määritykseen, vaan tarvitaan huolellista tuntomerkkien, hedelmän sisäisen rakenteen, tuoksun, maun ja kypsymisajankohdan tutkimista. Projektissa puutarhatalouden opiskelijoiden roolina olikin perehtyä omenalajikkeiden tuntomerkkeihin, ja pohtia, miten tuntomerkit saataisiin yksinkertaistettua sovelluksen tarpeisiin.

Biotalouden insinööriopiskelijoiden vastuulla oli sovelluksen ohjelmointi. Ensi vaiheessa pohdittiin, voisivatko opiskelijat toteuttaa mobiilisovelluksen perustuen hahmon- tai kuvantunnistukseen. Vain kahdeksan viikon mittaisessa moduulissa näin monimutkaisen toteutuksen tekeminen ei kuitenkaan ole mahdollista. Näistä lähtökohdista päädyttiin toteuttamaan sääntöpohjainen tekoälysovellus, jossa puutarhatalouden opiskelijoiden tuottama omenalajikkeiden määritysohjeisto muutettiin mobiilisovelluksen selattaviksi lomakkeiksi, ja kysymyksiin vastattuaan käyttäjällä oli omenalajikkeen määritys valmiina.

Ideasta sovellukseksi

Moduulien yhteinen tekeminen oli jaettu kahteen lähipäivään: innovointipäivä ja testauspäivä. Sen lisäksi moduulin lopussa oli projektin tulosten esittely. Ennen innovointipäivää biotalouden insinööriopiskelijat kartoittivat, millaisia mobiilisovelluksia löytyy yleisesti hedelmien tunnistamiseen. Tulos oli niukka. Tunnistussovelluksia löytyi jonkun verran (esimerkiksi PlantNet, PlantSnap, Seek, iPflanzen), mutta pääosin niiden luotettavuus oli heikko ja Suomen lajistoon soveltumaton. Tunnistus tapahtui tasolla omena, päärynä ja banaani, ja esimerkiksi omenalajikkeiden tunnistukseen ei löytynyt minkäänlaisia sovelluksia. Kasvien tunnistukseen sen sijaan löytyi jonkun verran enemmän mobiilisovelluksia ja nettiympäristöjä, kuten LuontoPortti. Löydetyissä mobiilisovelluksissa tunnistaminen perustui useimmiten kuvantunnistukseen ja osassa sovelluksista tunnistustarkkuus oli kiinni siitä, kuinka paljon kuvamateriaalia eli dataa käyttäjät olivat syöttäneet sovelluksen käyttöön.

Lepaalla järjestetty innovointipäivä aloitettiin tavoitteenasettelulla, tiimiytymisellä sekä omenalajikkeisiin ja niiden ominaisuuksiin tutustumalla. Mobiilisovelluksen kohderyhmästä keskusteltiin yhdessä opiskelijoiden kanssa ja kohderyhmäksi sovittiin opiskelijat ja ei-ammattilaiset. Sekatiimeissä oli kahdesta kolmeen biotalouden insinööriopiskelijaa sekä kolmesta neljään puutarhatalouden opiskelijaa. Tiimit tuottivat päivän aikana loogiset periaatteet tunnistamispolussa kysyttävistä asioista sekä näyttökuvat siitä, miten sovellus toimisi. Tiimit sopivat yhteydenpidosta ja työskentely jatkui tämän jälkeen omissa oppimismoduuleissa. Tuotetietouden opiskelijat olivat vastuussa omenalajikkeiden kuvien, piirrosten ja omenalajikkeisiin liittyvien lisätietojen toimittamisesta mobiiliratkaisut-moduulin opiskelijoille. Mobiiliratkaisut-moduulissa lähdettiin tekemään varsinaista sovelluksen ohjelmointityötä.

Android-kehitysympäristön tarjoaman navigaatiokomponentin avulla biotalouden insinööriopiskelijoiden käytettävissä oli kaksi erilaista ratkaisumallia, joille tehtiin valmiiksi sovellusrunko. Tämän jälkeen ohjelman logiikka ja visuaalinen asu oli suurelta osin mahdollista rakentaa Googlen kehitystyökalun graafisen käyttöliittymän avulla. Keskeistä oli määritellä käyttöliittymän lisäksi siirtymät näyttöjen välillä ja loppupäättely omenalajikkeen määritykseksi. Testausvalmis ohjelma oli kokeiltavissa joko tietokoneeseen kytketyssä mobiililaitteessa tai kehitysympäristön mukana tulevassa emulaattoriohjelmassa. Mobiilisovelluksen ohjelmointiympäristöä voi tarkastella kuvassa 2.

Testausiltapäivä järjestettiin moduulien puolivälissä Lepaalla. Tiimit pääsivät käytännössä kokeilemaan, kuinka hyvin sovellukset tunnistivat Lepaan omenia. Testaamassa oli myös HAMKin henkilökunnan edustajia. Testauksen aikana kerättiin kehittämis- ja korjausehdotuksia ja tehtiin jopa nopeita muutoksia ohjelmakoodiin. Testauksen yhteydessä huomattiin, että lajikkeiden tunnistaminen ei todellakaan ole aina helppoa eikä omenien ominaisuuksiin liittyvä sanastokaan ole välttämättä kohderyhmälle tuttua. Tämän vuoksi mobiilisovellusten tulisi sisältää riittävät ohjeet onnistuneen tunnistussuorituksen tekemiseksi.

Moduulin päätteeksi biotalouden insinööriopiskelijat esittelivät lopulliset sovellukset ja niihin liittyvän dokumentaation Forssassa omassa toimipisteessään loppuseminaarissa, jota tuotetietous-moduulin opiskelijat pääsivät seuraamaan verkon kautta. Projektien esittelyssä on yleensä mukana myös muiden vuosikurssien biotalouden insinööriopiskelijoita ja tilaisuuteen oli saapunut lisäksi Forssan ammatti-instituutin opiskelijoita.

Kokemukset yhteistyöstä

Opiskelijat kiittivät mahdollisuudesta päästä työskentelemään monialaisesti koulutusalojen yli. Biotalouden insinööriopiskelijoille kyseessä oli ensimmäinen tämäntyyppinen yhteistyö. Projektissa voitiin hyödyntää koulutusten erilaisia näkökulmia ja ristiinoppimista. Biotalouden insinööriopiskelijat kertoivat oppineensa tunnistamaan omenalajikkeita paremmin ja puutarhatalouden opiskelijat saivat käsityksen mobiiliohjelmoinnin pikkutarkkuudesta. Omenalajikkeiden tunnistus perustuu suureen määrään ominaisuuksia, joten sovelluksen logiikan suunnittelu ja sovelluksessa käytettävien tunnistamisominaisuuksien valinta olivat tärkeässä osassa. Jatkossa opiskelijat toivoivat vielä tiiviimpää yhteistyötä ja mahdollisuutta yhteiseen lähipäivään myös projektin keskivaiheilla.

Opettajien näkökulmasta projekti oli mielenkiintoinen: opiskelijoiden yhteistyö ja työskentely sujui alusta alkaen mutkattomasti. Opiskelijat ottivat hyvin vastuuta projektin etenemisestä, vaikka välillä koettiin haastavana saada moninaisista ja yksityiskohtaisista tuntomerkeistä suoraviivaisesti etenevää sovelluspolkua. Yhteistyökokemukset olivat pääosin erittäin positiiviset, joten yhteistyötä on päätetty jatkaa.

Yhteistyöstä on tehty video Oppimisen yhteistyötä omenantunnistussovelluksen parissa, joka löytyy biotalouden insinöörikoulutuksen YouTube-kanavalta: https://youtu.be/lpdB_tXPkAQ