RALEIGH – Forscher haben einen Roboter entwickelt und demonstriert, der mikroskopisch kleine Meeresfossilien sortieren, manipulieren und identifizieren kann. Die neue Technologie automatisiert einen langwierigen Prozess, der eine Schlüsselrolle dabei spielt unser Verständnis voranbringen der Weltmeere und des Klimas – sowohl heute als auch in der prähistorischen Vergangenheit.
„Das Schöne an dieser Technologie ist, dass sie aus relativ kostengünstigen Standardkomponenten hergestellt wird und wir sowohl die Designs als auch die Software für künstliche Intelligenz als Open Source bereitstellen“, sagt Edgar Lobaton, Mitautor eines Artikels zu dieser Arbeit und außerordentlicher Professor für Elektrotechnik und Computertechnik an der North Carolina State University. „Unser Ziel ist es, dieses Tool allgemein zugänglich zu machen, damit es von möglichst vielen Forschern genutzt werden kann, um unser Verständnis von Ozeanen, Artenvielfalt und Klima zu verbessern.“
Die Technologie namens Forabot nutzt Robotik und künstliche Intelligenz, um die Überreste von Organismen, die Foraminiferen oder Forams genannt werden, physisch zu manipulieren, sodass diese Überreste isoliert, abgebildet und identifiziert werden können.
Foramen sind Protisten, weder Pflanzen noch Tiere, und kommen seit mehr als 100 Millionen Jahren in unseren Ozeanen vor. Wenn Foramen sterben, hinterlassen sie ihre winzigen Schalen, die meist weniger als einen Millimeter breit sind. Diese Muscheln geben Wissenschaftlern Einblicke in die Eigenschaften der Ozeane, wie sie zu Lebzeiten der Foramen existierten. Beispielsweise gedeihen verschiedene Arten von Foram-Arten in unterschiedlichen Meeresumgebungen, und chemische Messungen können Wissenschaftlern Aufschluss über alles geben, von der Chemie des Ozeans bis hin zu seiner Temperatur, als sich die Schale bildete.
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Warum es benötigt wird
Allerdings ist die Auswertung von Foram-Schalen und Fossilien sowohl mühsam als auch zeitaufwändig. Aus diesem Grund hat ein Team aus Ingenieuren und Paläozeanographie-Experten Forabot entwickelt, um den Prozess zu automatisieren.
„Zu diesem Zeitpunkt ist Forabot in der Lage, sechs verschiedene Foram-Typen zu identifizieren und 27 Forams pro Stunde zu verarbeiten – aber es wird nie langweilig und es wird nie müde“, sagt Lobaton. „Dies ist ein Proof-of-Concept-Prototyp, daher werden wir die Anzahl der Foram-Arten, die er identifizieren kann, erweitern. Und wir sind optimistisch, dass wir auch die Anzahl der Forams, die pro Stunde verarbeitet werden können, verbessern können.
„Außerdem hat der Forabot zu diesem Zeitpunkt eine Genauigkeitsrate von 79 % bei der Identifizierung von Foramen, was besser ist als die der meisten geschulten Menschen.“
„Sobald Forabot optimiert ist, wird es ein wertvolles Forschungsgerät sein, das es studentischen „Foram-Pickern“ ermöglicht, ihre Zeit besser mit dem Erlernen fortgeschrittener Fähigkeiten zu verbringen“, sagt Tom Marchitto, Co-Autor des Artikels und Professor für Geologie an der University of Colorado, Boulder. „Indem wir taxonomisches Wissen aus der Community nutzen, um den Roboter zu trainieren, können wir auch die Einheitlichkeit der Foram-Identifizierung über Forschungsgruppen hinweg verbessern.“
So funktioniert Forabot
Zunächst müssen Benutzer eine Probe aus Hunderten von Foramen waschen und sieben. Dadurch entsteht beim Benutzer ein Haufen, der wie Sand aussieht. Die Foramenprobe wird dann in einen Behälter gegeben, der Isolationsturm genannt wird. Eine Nadel am Boden des Isolationsturms ragt dann durch die Probe nach oben und hebt ein einzelnes Foram an, wo es durch Absaugen aus dem Turm entfernt wird. Der Sog zieht das Foram in einen separaten Behälter, den sogenannten Bildgebungsturm, der mit einer automatischen, hochauflösenden Kamera ausgestattet ist, die mehrere Bilder des Forams aufnimmt. Nach der Aufnahme der Bilder wird das Foram erneut mit einer Nadel angehoben, bis es angesaugt und im entsprechenden Behälter in einer Sortierstation abgelegt werden kann.
„Die Idee ist, dass unsere KI anhand der Bilder erkennen kann, um welche Art von Foram es sich handelt, und es entsprechend sortieren kann“, sagt Lobaton.
„Wir veröffentlichen in einer Open-Source-Zeitschrift und fügen die Blaupausen und die KI-Software in die ergänzenden Materialien zu diesem Papier ein“, fügt Lobaton hinzu. „Hoffentlich werden die Leute davon Gebrauch machen. Der nächste Schritt für uns besteht darin, die Arten von Forams zu erweitern, die das System identifizieren kann, und an der Optimierung der Betriebsgeschwindigkeit zu arbeiten.“
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Das Papier, "Forabot: Automatisierte planktische Foraminiferen-Isolierung und Bildgebung„ist in der Open-Access-Zeitschrift Geochemistry, Geophysics, Geosystems veröffentlicht. Korrespondierender Autor des Papiers ist Turner Richmond, ein frischgebackener Doktorand. Absolvent der NC State. Der Artikel wurde von Jeremy Cole, einem Ph.D., mitverfasst. Absolvent der NC State; und von Gabriella Dangler, Studentin an der NC State.
Das Die Arbeit wurde erledigt mit Unterstützung der National Science Foundation, unter der Fördernummer 1829930.
© North Carolina State University
Die Post Neue von der NCSU entwickelte Fossiliensortierroboter zur Unterstützung der Klima- und Ozeanforschung erschien zuerst auf WRAL TechWire.
