Tekniikka
Tekniikka tarkoittaa menetelmiä, joilla ihminen vaikuttaa ympäristöönsä ja käyttää sitä hyväkseen. Siinä muodossa kuin tekniikkaa on opetettu kouluissa 1800-luvun lopulta alkaen, tekniikka tarkoittaa luonnon mahdollisuuksien hyödyntämistä, varsinkin aineellisten tuotteiden valmistusta ja käyttöä luonnontieteiden sovelluksiin perustuvin keinoin. Sanaa tekniikka käytetään myös erilaisista menetelmistä, teko- tai suoritustavoista ja -taidoista, kuten korkeushypyn tekniikka.
Rakennukset, koneet ja laitteet edustavat tekniikan tuloksia.
Sanan ”tekniikka” alkuperä on klassisen kreikan sana "tekhne", joka merkitsi vapaiden miesten työtä ja taitoja. Englannin kielessä sanalle tekniikka ei ole suoraa vastinetta, vaan siellä termi "engineering" tarkoittaa teknisten toimintojen toteuttamista, mikä suomennetaan usein sanalla suunnittelu. Englannin "technique" tarkoittaa tapaa, jolla jokin asia tehdään ja se on suppeampi käsite. Englannin "technology", joka on tietoa rakenteista, laitteista, työkaluista ynnä muusta sellaisesta ja sisältää myös niiden käytön, on jossain tapauksissa hyvä käännös.
Tekniikka-sanan sijasta käytetään jossain tapauksissa ”sovellettu tiede” -käsitettä (engl. "applied science"). Sovellettu tiede on tekniikkaa laajempi käsite, sillä sovelletuksi tieteeksi luetaan myös lääketiede.
Teknologialla tarkoitetaan teknisten ratkaisujen teoreettista puolta, ja se on siten kapeampi käsite kuin tekniikka. Arkikielessä "teknologia"-termiä on alettu käyttää englannin vaikutuksesta "tekniikka"-sanan synonyyminä. Suomen kieli kehittyy ja "teknologia"-termi näyttää olevan syrjäyttämässä tekniikka-sanan laajemmin. Vaikka sanan "teknologia" "logos"-pääte viittaa oppiin, se ei ole tiede siinä mielessä, että se ulkopuolisena tutkisi jotakin ilmiötä. Teknologia-nimistä tiedettä ei ole olemassa. Teknologia on tekniikan järjestelmien suunnittelua, rakentamista, käyttämistä ja tutkimusta, kaikkea yhdessä. Airaksisen mukaan teknologia on sama asia kuin tekniikka eli teknologia ei ole puhetta vaan tavaraa. Teknillistä tai teknologista koulutusta antavista ammattikorkeakouluista ja teknillisistä yliopistoista valmistuneiden ammattinimike on insinööri.
Tekninen tietämys sisältää paljon yksinkertaistettuja kokemusperäisiä laskentakaavoja, mitoitusohjeita, standardeja ja sääntöjä, joiden tieteellinen selityskyky on vajavainen mutta, joilla pystytään saavuttamaan haluttu lopputulos. Hyvä esimerkki tästä on kitkakerroin ja siihen pohjautuva mitoitus, joka on riittävä useiden koneiden rakentamiseen. Syy tähän käytäntöön on tekniikan jo varhaishistoriasta alkanut läheinen suhde ihmisten toimeentuloon. Hengissä pysymisen vuoksi tärkeämpi tavoite on saada koneet ja työkalut toimimaan ja vasta toissijaisesti ymmärtää miksi kone toimii. Todellisuuden monimutkaisuus pakottaa myös yksinkertaistuksiin, sillä tarkoista, kaiken huomioon ottavista laskelmista tulee helposti ylivoimaisia.
Uusia koneita rakennetaan tyypillisesti koekappaleiden avulla ja seuraava pyritään tekemään tehokkaammaksi ja taloudellisemmaksi edellisestä saatujen tulosten mukaan. Koneiden ja rakenteiden äärirajoille viedystä mitoitusten optimoinnista on tekniikan historiassa useita esimerkkejä, kuten teräksiset riippusillat (esimerkiksi Tacoma Narrows) 1900-luvun alkupuolella. Nämä rakennettiin lopulta niin pitkiksi ja keveiksi, että kovassa tuulessa tultiin niiden ominaisvärähtelytaajuudelle, jolloin siltaan kohdistui huomattavasti laskettua suurempia kuormituspiikkejä ja siltoja sortui. Toinen tunnettu esimerkki on höyrykattila, jonka painetta haluttiin nostaa höyrykoneiden tehon parantamiseksi. Tämä johti varsinkin koko 1800-luvun ajan toistuvasti tuhoisiin räjähdysonnettomuuksiin. Tekninen osaaminen kasvaa kaikkien tällaistenkin vastoinkäymisten kautta ja seuraavalla kerralla otetaan mitoituksissa huomioon saadut kokemukset. Teknisen tietämyksen kasvaessa ja tietokonesimulaation avulla voidaan nykyään yhä paremmin laskea ja ennustaa rakenteiden kestävyyttä ja koneiden toimintaa jo suunnitteluvaiheessa.
Varhaisimmalla tekniikalla on ikää yli miljoona vuotta ja se on siten vanhempaa kuin nykyihminen lajina. Ihmistä edeltäneet ihmislajit, kuten Homo erectus, tunsivat jo tulen ja työkalujen käytön. Tekniikalla on keskeinen osa ihmissuvun säilymisessä kilpailevien lajien kanssa. Eloonjäämisen kannalta keskeiset tekniset keksinnöt liittyvät ihmisyhteisöjen koon kasvamiseen ja ravinnon tuottamiseen eli metsästykseen ja maanviljelyyn. Aseet ovat olleet tärkeitä paitsi metsästyksessä myös ihmisyhteisöjen välisissä sodissa. Ihmisen käyttämästä tekniikasta jää jälkiä ja arkeologit ovatkin hyödyntäneet sitä jakamalla historiaa ihmisen käyttämän tekniikan mukaan kivikauteen, pronssikauteen ja rautakauteen.
Tekninen kehitys voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen:
Alkukantaisilla ihmisillä tekniikka oli sattuman tekniikkaa. Hän on tietämätön keksimisen kyvystään. Hänen keksintönsä seuraavat todennäköisyydenlakeja siitä mihin ihmiset luonnossa saattavat ajan kanssa törmätä.
Käsityöläisen tekniikassa yhteiskunnassa on työnjako ja jotkut osaavat asioita, joita muut eivät pysty tekemään. Osaajilla on ”tekhne”, taito. Tätä taitoa siirretään oppipoikaperusteella eteenpäin tekniikkaa suuremmin kehittämättä. Ihminen ymmärtää, että kengäntekemisentaito on jotakin epäluonnollista. Sen alkuperä ei ole eläinkunnassa.
Keksiminen käsityöläisyhteiskunnassa tuottaa työkaluja, ei koneita. Koneet pitää suunnitella ja siihen tarvitaan insinööri. Tiukan määritelmän mukaan ensimmäinen kone edustaen tekniikan kolmatta vaihetta on Richard Robertsin vuosina 1822-30 kehittämä kutomakone, koska se on ensimmäinen itsenäisesti toimiva kone, joka tekee itsenäisesti jonkun tuotteen. Teknikko-insinööri on siinä erottunut suorittaja-taitajasta, työläisestä.
Ensimmäinen kirjattu insinöörin tehtävänkuva vuodelta 1325 on ollut sotakoneiden suunnittelija. Englannin "civil engineer" ja ruotsin kielen termi "civilingenjör" ovat peräisin insinöörien tehtävien jakaantumisesta armeijan palveluksessa oleviin ja siviilitehtävissä oleviin, usein rakennus- ja siltasuunnittelijoihin. Ensimmäiseksi sähköinsinööriksi katsotaan William Gilbert, joka julkaisi vuonna 1600 teoksen De Magnete ja jota pidetään termin "electricity" keksijänä. Ensimmäisen höyrykoneen rakensi 1698 koneinsinööri Thomas Savery.
Tieteen ja tekniikan kehittymisen kannalta tärkeitä ovat olleet tiedon esittämiseen, taltiointiin ja välitykseen (kirjoitustaito, kirjapainotaito, tietokoneet) liittyvät tekniikat.
Tuotekehityksessä ensimmäinen ja hyvin oleellinen tehtävä on tunnistaa, ymmärtää ja tulkita uuteen tuotteeseen kohdistuvat vaatimukset ja tekniset rajoitukset. Yleensä ei riitä, että tuote toimii, vaan sen on täytettävä muutkin vaatimukset. Vaatimuksiin saattaa sisältää rajoituksia saattavissa olevista resursseista, on erotettava kuvitteelliset ja tekniset rajoitukset, tunnistettava tulevaisuuden joustavuusvaatimukset muokkausten ja lisäysten suhteen ja muut tekijät kuten tuotteen hinta, valmistettavuus, käytettävyys ja huollettavuus. Kokoamalla vaatimuslista luodaan tuotteen määrittely, jossa kuvataan tuotteen käytön ja valmistettavuuden rajat.
Etsiessään vaatimuslistan toteuttamiseksi sopivan ratkaisun suunnittelijat hyödyntävät tietämystään tekniikasta, matematiikasta ja hankkimaansa kokemusta ja näiden perusteella analysoivat ongelmaa. Luomalla ongelmasta matemaattisen mallin pystytään ratkaisuja testaamaan. Yleensä on olemassa useita toteuttamiskelpoisia ratkaisuja, joten suunnittelijat joutuvat arvioimaan eri toteutustapoja tietämyksellään ja valitsemaan parhaiten vaatimuksiin sopivan ratkaisun. Suunnittelijan ammattitaidosta riippuu, löytyykö paras ratkaisu hänen keksimiensä ratkaisumahdollisuuksien joukosta. Joskus saattaa löytyä ratkaisu, jolla koko tarve uudelle tuotteelle poistuu.
Suunnittelijoiden tehtävänä on ennakoida, kuinka hyvin uusi tuote tulee toteuttamaan määrittelyn vaatimukset ennen tuotannon alkamista. Tässä he käyttävät apuna prototyyppejä, pienoismalleja, tietokonesimulointia, murtokokeita, ei rikkovia testejä ja kuormituskokeita. Testaus varmistaa tuotteen halutun toimivuuden. Suunnittelijat ovat tietoisia tuotevastuusta ja varmistavat mahdollisin hyvin, että uusi tuote ei tuota käyttäjille odottamattomia vahinkoja. Yleensä tuotteiden mitoituksissa käytetään varmuuskerroin vähentämään rikkoontumisien riskiä. Liian suuret varmuuden voivat toisaalta pienentää tuotteen hyödyllisyyttä.
Teknopessimismi on asenne, jonka mukaan ihmisen kyltymättömien halujen ja tarpeiden tyydyttäminen johtaa onnettomuuteen ja kärsimykseen. Teknopessimisti voi myös katsoa, että tekniikka ei tee ihmistä yhtään onnellisemmaksi. Tekniikalla on aina sivuvaikutuksia. Pessimistin mielestä tekniikan sivuvaikutukset kuten ympäristön saastuminen johtaa lopulta tuhoon.
Teknodeterministinen teesi väittää, että tekniikka muuttaa yhteiskuntaa ja sen arvoja jotenkin väistämättömästi ja välttämättä. Esimerkiksi autojen vieminen kehitysmaahan johtaa kokonaisen autoon liittyvän teknisen järjestelmän rakentamiseen, kuten bensiinin jakeluverkosto ja korjaamot. Ensimmäisenä tuskin käännetään manuaaleja, vaan autojen kanssa toimivat joutuvat opettelemaan vieraskielisiä sanoja. Aatesuuntana tunnetuin teknisen determinismin edustaja on marxilaisuus, jonka mukaan yhteiskunnan tekniset tuotantomenetelmät sanelevat yhteiskuntamuodon.
Tekniikan imperatiivi väittää, että kaikki teknisesti toteutettavissa olevat koneet tullaan joskus rakentamaan. Esimerkiksi atomipommi kehitettiin, koska se oli mahdollista tehdä. Kirjallisuuden hullut tiedemiehet ovat olleet enemmänkin insinöörejä, esimerkiksi tohtori Frankenstein, joka ei tyytynyt pelkään tutkimiseen, vaan myös rakensi oman hirviönsä. Rajoitteet tekniikalle tulevat paljolti taloudelliselta puolelta ja lainsäädännöstä.
Tekniikan autonomia ajattelun mukaan tekniikka kehittyy omien lakien mukaan sulkeutumana. Tekniikka syntyy tekniikasta. Tekniikka on yhä enemmän järjestelmiä, esimerkiksi sähköntuotanto- ja jakelu, vesi- ja viemärijärjestelmä, tietotekniikka ja muut vastaavat. Näihin on sijoitettu jo niin suuria summia ja ne ovat pitkälle standardisoituneet, joten niiden perustoiminnallisuuksien muuttaminen on vaikeaa, miltei mahdotonta. Tekniikka on kokonaisuus, jonka yksi osa edellyttää kaikki muut ja päinvastoin. Yhteiskunta ei voi ottaa tekniikkaa käyttöön vain osittain, tarpeen mukaan tai silloin tällöin, kun talous tai politiikka niin vaatii.
Tieteen ja tekniikan ero on niiden tavoitteissa. Tieteenharjoittaja pyrkii selvittämään todellisuuden rakennetta ja toimintaa. Tähän voidaan käyttää apuna erilaisia teknisiä välineitä kuten mikroskooppi ja tietokone. Insinööri pyrkii saamaan aikaan halutun rakennelman tai toiminnon. Tähän hän voi käyttää apuna erilaisia tietoja kuten fysiikka tai kemia. Eli tieteilijän tavoite on nähdä todellisuus sellaisena kuin se on ja insinöörin tavoite on muokata siitä halutunlainen. Tekniikassa on yhteistä luonnontieteiden kanssa todennettavuus, kone toimii tai ei. Mielikuvitus on vapaa, mutta materiaalinen maailma rajoittaa ja vaatia kuria hengeltä. Aine on hengen valvoja ja opettaja.
Tekniikkaa ei voi yksinkertaistaa vain luonnontieteiden soveltamiseksi. Niinkin merkittävä keksintö kuin lentokone on tehty hyvin vähäisellä luonnontieteen tuntemuksella. Vasta 1800-luvun puolenvälin jälkeen tekniikka on hyödyntänyt luonnontiedettä laajasti ja tällöin kehitystä ajavana voimana ovat olleet sähköiset ja kemialliset ilmiöt, jotka toimivat ihmisen suoran havainnointikyvyn ulkopuolella. Luonnontiede ja mittalaitteet ovat silloin tarjonneet paremman ennustettavuuden ja laajemman näkemyksen. Tieteentekeminen ja tekniikka ovat tiukasti sidoksissa toisiinsa ja ruokkivat toisiaan. Tieteellinen tietämys nopeuttaa teknistä kehitystä tekemällä kehitystyöstä systemaattista pelkän kokeilun ja sattuman sijaan.
Kehittynyt tekniikka perustuu tieteelliseen tietämykseen, esimerkiksi fysiikkaan, kemiaan, biologiaan ja kybernetiikkaan ja siten niiden pohjalla olevaan matematiikkaan. Uudet matemaattiset ja tieteelliset menetelmät ovat mahdollistaneet uusien fysikaalisten ilmiöiden mallintamisen ja siten teoriaan pohjautuvan suunnittelutyön. Esimerkki tästä ketjusta on Maxwellin yhtälöt (matematiikka), piiriteoria (fysiikka) sähköisten systeemien mallintamiseksi ja hallitsemiseksi ja sitten erilaisten sähkölaitteiden suunnittelu, rakentaminen, ylläpito ja käyttö.
1990-luvun lopulta lähtien on tekniikankehityksestä ollut esillä julkisuudessa malli, jossa innovaatioiden siemenet syntyvät yliopistoissa ja tutkimuslaitoksilla, josta ne virtaavat pk-yritysten kautta suuryrityksiin. Puhutaan lähteistä (source), ylävirrasta (upstream) ja alavirrasta (downstream). Ajatusmalliin on vaikuttanut historialliset tosiasiat: Esimerkiksi Wrightin veljekset kehittivät moottorilentokoneen polkupyöräpajassaan. Kehitystyön aikana he olivat kirjeenvaihdossa eri professoreiden kanssa. Toinen esimerkki pk-yrityksen innovatiivisuudesta on Microsoft, joka pystyi ottamaan käyttöön mikrotietokoneessa DARPAn 1960-luvun kehitysprojektien tulokset, jotka esimerkiksi kehityshankkeita tehnyt Rank Xerox hylkäsi.
Toisaalta on esitetty ajatuksia, että tekniikka jopa ohjaa tiedettä. Tekninen kehitys mahdollistaa laitteen, jolla osoitetaan ja tuotetaan uusi ilmiö. Kokeellinen tutkimus vaatii teknisiä apuvälineitä. Näiden rakentamiseen vaaditaan tieteellistä teoriaa. Koneita sen sijaan voidaan tehdä jopa pelkän valistuneen arvauksen varassa. Esimerkiksi, kun piisiruteollisuus syntyi Kalifornian piilaaksossa 1970-luvulla USA:n asevoiminen massiivisella tuella, niin tiedettä ei kuitenkaan pystytty hyödyntämään heti ja välittömästi, eikä mitä tahansa tiedettä voi teknisesti hyödyntää. Tiede on ensin puettava oikeaan asuun ja suunnattava oikeaan kohteeseen. Tiedettä ei voi pitää tekniikan lähteenä, vaan tekniikka on tieteeseen nähden ensisijaista. Tekniikkaa ei ole olemassa, jos se on vain sovellettua tiedettä. Koska tekniikka on huomattavasti vanhempaakin kuin tiede, niin tekniikkaa ei voi olla pelkästään sovellettua tiedettä. Käsitettä sovellettu tiede voidaan käyttää kirjastojen luokittelussa, mutta ei kovin hyvin tekniikan ja tieteen suhteen ymmärtämiseen. Tiedekin voidaan käsittää välineeksi, jolloin siitä tulee tekniikan osa. Filosofeista Martin Heidegger on kannattanut tätä instrumentalismiksi kutsuttua näkökulmaa. Hieman saman suuntainen näkemys on katsoa tieteen ja tekniikan kasvaneen yhteen. Esimerkiksi geenitekniikasta on vaikea sanoa, onko se tiedettä vai tekniikkaa. Ilkka Niiniluoto puolustaa interaktiomallia, jossa tiede ja tekniikka ovat historiallisesti kaksi erillistä inhimillisen kulttuurin muotoa.
Tekniikan evoluutiolla tarkoitetaan tekniikan kehittymistä ja muuntumista koko alueellaan erotuksena kehitys-sanasta, joka liitetään usein jonkin tietyn tekniikan alan, esimerkiksi informaatioteknologian kehittämiseen. Tekniikan evoluution käsitteen takana on myös analogia biologiseen evoluutioon. Uusi tekniikka on aina kombinaatio, yhdistelmä vanhoista teknologioista samoin kuin syntynyt eliö on kombinaatio vanhempiensa geeneistä. Tekniikan evoluutiossa harvoin tapahtuu suuria kehitysharppauksia. Suurin osa insinöörien työstä on vanhojen teknologioiden rajojen venyttämistä ja rakenteiden monimutkistamista. Merkittävätkin keksinnöt voidaan katsoa kombinaatioiksi vanhoista. Esimerkiksi suihkumoottori syntyi ongelmasta, että mäntämoottorilla varustetulla potkurikoneella ei voitu mennä yli äänennopeuden. Suihkumoottori on eräänlainen ahdin. Ahtimia oli käytössä mäntämoottoreissa jo 1920-luvulla moottorin tehon nostamiseksi. Suihkumoottorissa, joka kehitettiin samanaikaisesti sekä Saksassa että Yhdysvalloissa, keksijät ovat yhdistäneet vanhoja tekniikoita uudella tavalla.
Teknologiat ovat luonnonilmiöiden tarkoituksen mukaista hyödyntämistä, niin kivikirvesteknologia kuin puolijohdetekniikkakin. Mitä enemmän teknologioita on käytettävissä sitä enemmän pystytään luomaan uusia kombinaatioita. Kun kivikaudella oli vain muutamia tekniikoita, uusia yhdistelmiä syntyi hitaasti. Teknologian kombinatorinen luonne on tehnyt teknologian jalostumisen nopeudesta eksponenttiaalista. Kaikki uusi tekniikka rakentuu vanhojen päälle pyramidinomaisesti.
Jokin vanha tekniikka voi jäädä pois laajasta käytöstä, esimerkiksi autot syrjäyttivät hevoskärryt ja moottorikäyttöiset laivat purjelaivat. Hevoskärryt ja purjeveneet ovat kuitenkin yhä olemassa, mutta pääasiassa huvikäytössä. Tekniikoita voidaan ottaa uudelleen käyttöön, kuten on tapahtumassa sähköautoille, kun syntyy sopiva tilaisuuslokero (analogia ekologiselle lokerolle). Sähköautojen tapauksessa tilaisuuslokeron synnyttävät ilmaston lämpeneminen ja öljyn hinnan nousu öljyn kulutuksen noustessa tuotantomahdollisuuksia nopeammin. Tekninen evoluutio toimii jatkuvasti kaikilla tekniikan alueilla. Polttomoottoriautojen tekniikasta voidaan sanoa, että 1950-luvulla tapahtuneen ykkösvaihteen synkronoimisen jälkeen autojen perustekniikassa ei ole tapahtunut mitään suurempaa harppausta, sen sijaan osatekniikoissa, materiaalitekniikassa ja elektroniikassa tapahtunut kehitys on tuonut autoihin huomattavasti lisää turvallisuutta ja hallittavuutta sekä pienentänyt päästöjä. Autoistuminen on myös esimerkki siitä, että yhteiskunta ja tekniikan käyttäjät eivät varsinaisesti omaksu uutta tekniikkaa, vaan joutuvat enemmänkin sopeutumaan siihen. Auto aikoinaan oli merkittävä tekninen harppaus ja se vaikutti yhteiskuntaan kuin lumivyöry muuttaen teollisuuden ja kaupunkien rakenteita sekä ihmisten elämäntapaa.
Yleisesti tekniikan kehittyminen ja muutos ovat vallitsevan yhteiskunnan, luonnon ja ihmisyksilöiden vuorovaikutusta, josta etsittävät ketjumaiset kehityskulut ovat vain likimääräisiä kuvauksia. Lisäksi, kun jo olemassa oleva tekniikka vaikuttaa tekniseen kehitykseen, on evoluutio sopiva kuvaamaan teknisen kehityksen kulkua. Voidaan myös sanoa, että tekniikan luonne on biologisoitumassa. Tekniikan kombinatorinen, sen kaikilla rintamilla jatkuvasti tapahtuva evoluutio on hallittavuudessa ja elinvoimaisuudessa analoginen mikrobien kyvylle kehittää suuren määränsä avulla yhä uusia mutaatioita (kombinaatioita), jotka ovat antibioottiresistenssejä. Tekniikkaa voidaan yhä laajemmin luonnehtia itseään muuntavaksi, itsensä parantavaksi ja kognitiiviseksi eli kuvata sanoilla, joita on käytetty eläimistä. Tekniikka on ihmisen tarkoituksiin organisoitua luontoa, se on syntynyt ihmisen evoluution rinnalla ja luonut meille hyvinvoinnin. Siinä ei pitäisi olla mitään luonnotonta, mutta juuri luontosuhde tuottaa ihmiselle ongelmia. Historiassa ei ole pitkää aikaa siitä, kun pedot, taudit ja sään vaihtelut aiheuttivat hätää eli ihmiset elivät luonnon armoilla. Tältä taustalta tekniikka koettiin tavaksi nähdä luonto tai antaa kaiken luonnossa paljastaa itsensä potentiaalisena resurssina. Eläimenä ihminen luottaa luontoon, ei teknologiaan, ja silti ihmiset asettavat toivonsa teknologiaan. Maapallon resursseja ylikuormittavan ihmispopulaation uskoa teknologian evoluution kykyyn tuottaa mielekkäitä ratkaisuja epäillään, vaikka ihminen on nyt tekniikkansa armoilla.
Tekniikkaa voidaan luokitella käyttöpaikan mukaan kuten kodintekniikka ja avaruustekniikka tai käyttötavan mukaan kuten tuotantotekniikka. Alla jaottelu insinöörien koulutussuuntien mukaan: