Roboty Triediť Fosílie pre klimatické zmeny Severná Karolína State University Colorado Boulder

Predstavte si, že je desať rôznych typov škrupín, každá veľkosť zrna piesku, zmiešané v miske bahna pred vami. Chcete nájsť každý typ individuálneho shellu - čo robíte?

Pre paleoceanografov, ktorí študujú dejiny oceánov, je táto smiešna otázka veľkým kusom ich výskumu. A 60 rokov sa pozreli na zmes pod mikroskopom a použili štetec na triedenie škrupín jeden po druhom. Skupina vedcov sa však snaží tento proces automatizovať a oslobodiť paleoceanografov, aby strávili viac času analýzou mikroskopických fosílnych skamenelín nazývaných foraminifera, ktoré môžu objasniť úlohu oceánu v klimatických zmenách.

Počas návštevy svojej manželky v laboratóriu paleoceanografie, Ritayan Mitra, geológ z University of Colorado-Boulder, bol zdesený, ako namáhavé triedenie foraminifera ručne. Vzhľadom k tomu, že druhy vzájomne pôsobia so svetlom rôznymi spôsobmi, nielenže ich ručne oprašujú, ale aj neustále sa pohybujú svetelným zdrojom na svojom mikroskope, aby si vybrali mušle. Mitra vyrobila prototyp, ktorý umiestnil krúžok LED okolo konca rozsahu, ktorý mohol byť automaticky nastavený tak, aby poskytoval rôzne uhly svetla. Nakoniec narazil na koniec svojej robotickej schopnosti.

„Nie som chlapík robotiky, ani ja som človek oceánografie, videl som problém a chcel som nájsť riešenie,“ hovorí. Na vyriešenie problému potreboval oboje.

Tak sa obrátil na Edgara Lobatona, elektrotechnika na Štátnej univerzite v Severnej Karolíne, kde bola v tom čase Mitra. Výskumní pracovníci sa pokúsili automatizovať proces triedenia malých škrupín predtým. Lobaton sa dostal k výzve a napísal granty, ktoré by umožnili túto multidisciplinárnu spoluprácu. Namiesto toho, aby sa snažili získať počítač na identifikáciu všetkých možných obrazov všetkých druhov foraminifera (čo je to, čo sa ľudia v minulosti pokúšali s neurónovými sieťami), jeho tím bude pravidelne trénovať počítač, aby rozpoznal iba polovicu tucet druhov foraminifera. vo výskume. (Tým sa zníži výpočtová záťaž.)

Lobaton má tiež tajnú zbraň vďaka projektu Mitra - Tom Marchitto, paleokeanograf na University of Colorado-Boulder. Keď Lobaton a jeho laboratórium prvýkrát navštívia Marchitto na začiatku augusta, budú mať k dispozícii kurz havárie v paleoceanografii. „Spoločne sa pozrieme na foraminifera,“ hovorí Marchitto. V tomto procese dúfa, že prenesie niektoré vedomosti o tom, ako ľudia rozhodujú o tom, ktoré mušle sú aké druhy. Marchitto hovorí: „Dúfajme, že tieto rozhodnutia môžeme preniesť na sieť umelej inteligencie, ktorá to môže urobiť automaticky.“

V súčasnej dobe, paleoceanographers trávia veľké množstvo svojho času triedenie vzoriek. Keďže druhy uprednostňujú rôzne živiny a teploty, niektoré z ich údajov o podmienkach antických oceánov pochádzajú z pomeru rôznych druhov, ktoré sa nachádzajú v rôznych časoch. Ak je triedenie automatizované, tieto údaje by sa zbierali exponenciálne rýchlejšie ako teraz. Tiež by umožnilo výskumníkom analyzovať chemické zloženie skamenelín. Foraminifera sa našli v oceánoch milióny rokov, takže ich zmeny v chémii v priebehu času sú oknom do minulosti oceánskeho podnebia.

Prvým krokom pre výskumných pracovníkov v nasledujúcich dvoch rokoch je navrhovanie identifikačného softvéru. Ak sa to podarí, Lobaton má plány na robotické zbrane, ktoré môžu tento druh skutočne vyriešiť. Učiť počítač nájsť mikroskopické fosílie, ktoré chcete, v hromade mikroskopických skamenelín, je nemožné znejúce úlohu. Ak však môžu uspieť, mohli by sme sa pozerať na nárast informácií o starovekých oceánoch, aké sme nikdy predtým nevideli. A pre mikroskopické fosílne mušle je to celkom v pohode.