راليج - قام الباحثون بتطوير وعرض روبوت قادر على فرز الحفريات البحرية المجهرية ومعالجتها وتحديدها. تعمل التقنية الجديدة على أتمتة عملية شاقة تلعب دورًا رئيسيًا فيها تعزيز فهمنا محيطات العالم ومناخه - سواء اليوم أو في الماضي ما قبل التاريخ.
يقول إدغار لوباتون، المؤلف المشارك لورقة بحثية عن العمل: "إن جمال هذه التكنولوجيا هو أنها مصنوعة باستخدام مكونات جاهزة للاستخدام وغير مكلفة نسبيًا، ونحن نجعل التصميمات وبرمجيات الذكاء الاصطناعي مفتوحة المصدر". وأستاذ مشارك في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة ولاية كارولينا الشمالية. "هدفنا هو جعل هذه الأداة متاحة على نطاق واسع، بحيث يمكن استخدامها من قبل أكبر عدد ممكن من الباحثين لتعزيز فهمنا للمحيطات والتنوع البيولوجي والمناخ."
تستخدم هذه التقنية، التي تسمى Forabot، الروبوتات والذكاء الاصطناعي للتلاعب جسديًا ببقايا الكائنات الحية التي تسمى المنخربات، أو المنخربات، بحيث يمكن عزل تلك البقايا وتصويرها والتعرف عليها.
المنخريات هي طلائعيات، ليست نباتية ولا حيوانية، وهي سائدة في محيطاتنا منذ أكثر من 100 مليون سنة. عندما تموت المنخريات، فإنها تترك وراءها أصدافها الصغيرة، التي يبلغ عرض معظمها أقل من ملليمتر واحد. تعطي هذه الأصداف للعلماء فكرة ثاقبة عن خصائص المحيطات كما كانت عندما كانت المنخريات حية. على سبيل المثال، تزدهر أنواع مختلفة من أنواع المنخريات في أنواع مختلفة من بيئات المحيطات، ويمكن للقياسات الكيميائية أن تخبر العلماء عن كل شيء بدءًا من كيمياء المحيط وحتى درجة حرارته عندما تتشكل الصدفة.
يمكن أن تعني أبحاث NCSU رقائق ميكروية أسرع وتطبيقات الحوسبة الكمومية
لماذا هناك حاجة إليها
ومع ذلك، فإن تقييم أصداف المنخربات والحفريات أمر شاق ويستغرق وقتًا طويلاً. ولهذا السبب قام فريق من خبراء الهندسة وعلم الآثار القديمة بتطوير Forabot لأتمتة العملية.
يقول لوباتون: "في هذه المرحلة، فوريبوت قادر على تحديد ستة أنواع مختلفة من الفورام، ومعالجة 27 شكلًا في الساعة - لكنه لا يشعر بالملل أبدًا، ولا يتعب أبدًا". "هذا نموذج أولي لإثبات المفهوم، لذلك سنقوم بتوسيع عدد أنواع المنخربات التي يمكنه التعرف عليها. ونحن متفائلون بأننا سنكون قادرين أيضًا على تحسين عدد المنتديات التي يمكنها معالجتها في الساعة.
"أيضًا، في هذه المرحلة أيضًا، يتمتع Forabot بمعدل دقة يصل إلى 79% في تحديد المنخربات، وهو أفضل من معظم البشر المدربين."
يقول توم مارشيتو، المؤلف المشارك للورقة البحثية وأستاذ العلوم الجيولوجية: "بمجرد تحسين Forabot، سيكون بمثابة قطعة قيمة من معدات البحث، مما يسمح للطلاب "منتقيي المنتديات" بقضاء وقتهم بشكل أفضل في تعلم مهارات أكثر تقدمًا". في جامعة كولورادو، بولدر. "باستخدام المعرفة التصنيفية من مصادر مجتمعية لتدريب الروبوت، يمكننا أيضًا تحسين توحيد تحديد المنخرات عبر مجموعات البحث."
دراسة NCSU: التعليم الفعال حول تغير المناخ يجب أن يأخذ في الاعتبار المواقف الاجتماعية
إليك كيفية عمل Forabot
أولاً، يجب على المستخدمين غسل وغربلة عينة من مئات المثقبات. وهذا يترك للمستخدمين كومة مما يشبه الرمال. يتم بعد ذلك وضع عينة المنخربات في حاوية تسمى برج العزل. ثم تبرز إبرة في الجزء السفلي من برج العزل للأعلى من خلال العينة، وترفع قالبًا واحدًا للأعلى حيث يتم إزالته من البرج عن طريق الشفط. يقوم الشفط بسحب المثقب إلى حاوية منفصلة تسمى برج التصوير، وهو مزود بكاميرا آلية عالية الدقة تلتقط صوراً متعددة للمثقب. بعد التقاط الصور، يتم رفع المنبر مرة أخرى بواسطة إبرة حتى يمكن التقاطه عن طريق الشفط وإيداعه في الحاوية ذات الصلة في محطة الفرز.
يقول لوباتون: “الفكرة هي أن الذكاء الاصطناعي لدينا يمكنه استخدام الصور لتحديد نوع المنتدى وفرزه وفقًا لذلك”.
يضيف لوباتون: "نحن ننشر في مجلة مفتوحة المصدر، ونقوم بتضمين المخططات وبرامج الذكاء الاصطناعي في المواد التكميلية لتلك الورقة". "نأمل أن يستفيد الناس منه. والخطوة التالية بالنسبة لنا هي توسيع أنواع المنتديات التي يمكن للنظام التعرف عليها، والعمل على تحسين سرعة التشغيل.
"غابات الأشباح" يحذر باحثو NCSU من أن ارتفاع البحر يؤدي إلى غرق المزيد من الأشجار
الورقة، "Forabot: عزل وتصوير المنخربات البلانكية الآلية"، تم نشره في مجلة الجيوكيمياء والجيوفيزياء والنظم الجيولوجية ذات الوصول المفتوح. المؤلف المراسل لهذه الورقة هو تيرنر ريتشموند، وهو دكتوراه حديثا. تخرج من ولاية نورث كارولاينا. شارك في تأليف هذه الورقة جيريمي كول، دكتوراه. خريج ولاية نورث كارولاينا. وبواسطة غابرييلا دانجلر، طالبة جامعية في ولاية نورث كارولاينا.
• تم إنجاز العمل بدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم، بموجب المنحة رقم 1829930.
© جامعة ولاية كارولينا الشمالية
وظيفة روبوتات جديدة لفرز الأحافير طورتها NCSU لمساعدة أبحاث المناخ والمحيطات ظهر لأول مرة WRAL TechWire.
