RALEIGH – Tutkijat ovat kehittäneet ja osoittaneet robotin, joka pystyy lajittelemaan, käsittelemään ja tunnistamaan mikroskooppisia meren fossiileja. Uusi teknologia automatisoi ikävän prosessin, jolla on keskeinen rooli edistää ymmärrystämme maailman valtameristä ja ilmastosta – sekä nykyään että esihistoriallisessa menneisyydessä.
"Tämän tekniikan kauneus on, että se on valmistettu käyttämällä suhteellisen edullisia valmiita komponentteja, ja teemme sekä suunnittelusta että tekoälyohjelmistosta avoimen lähdekoodin", sanoo Edgar Lobaton, työstä kertovan artikkelin toinen kirjoittaja. ja sähkö- ja tietokonetekniikan apulaisprofessori North Carolina State Universityssä. "Tavoitteenamme on tehdä tämä työkalu laajalti saataville, jotta mahdollisimman monet tutkijat voivat käyttää sitä valtamerten, biologisen monimuotoisuuden ja ilmaston ymmärtämisen edistämiseksi."
Forabot-niminen tekniikka käyttää robotiikkaa ja tekoälyä fyysisesti manipuloimaan foraminiferaksi kutsuttujen organismien jäänteitä, jotta ne voidaan eristää, kuvata ja tunnistaa.
Foramit ovat protisteja, eivät kasveja tai eläimiä, ja ne ovat olleet yleisiä valtamerissämme yli 100 miljoonaa vuotta. Kun muodot kuolevat, ne jättävät taakseen pienet kuorensa, joista useimmat ovat alle millimetrin leveitä. Nämä kuoret antavat tutkijoille käsityksen valtamerten ominaisuuksista sellaisina kuin ne olivat olemassa, kun muodostelmat olivat elossa. Esimerkiksi erityyppiset muodostelmalajit viihtyvät erilaisissa valtameriympäristöissä, ja kemialliset mittaukset voivat kertoa tutkijoille kaikesta meren kemiasta sen lämpötilaan kuoren muodostumishetkellä.
NCSU-tutkimus voisi tarkoittaa nopeampia mikrosiruja ja kvanttilaskentasovelluksia
Miksi sitä tarvitaan
Silmien kuorien ja fossiilien arviointi on kuitenkin sekä työlästä että aikaa vievää. Tästä syystä insinööri- ja paleokeanografian asiantuntijoiden ryhmä kehitti Forabotin automatisoimaan prosessin.
"Tässä vaiheessa Forabot pystyy tunnistamaan kuusi eri tyyppistä foorumia ja käsittelemään 27 foorumia tunnissa - mutta se ei koskaan kyllästy eikä väsy", Lobaton sanoo. ”Tämä on proof-of-concept-prototyyppi, joten lisäämme sen tunnistamien foorumilajien määrää. Ja olemme optimistisia, että pystymme myös parantamaan tunnissa käsittelemien foorumien määrää.
"Lisäksi tässä vaiheessa Forabotin tarkkuus on 79 % muodostelmien tunnistamisessa, mikä on parempi kuin useimmat koulutetut ihmiset."
"Kun Forabot on optimoitu, se on arvokas tutkimuslaitteisto, jonka avulla opiskelijat voivat paremmin käyttää aikansa kehittyneempien taitojen oppimiseen", sanoo Tom Marchitto, paperin toinen kirjoittaja ja geologisten tieteiden professori. Coloradon yliopistossa Boulderissa. "Käyttämällä yhteisöstä peräisin olevaa taksonomista tietoa robotin kouluttamiseen voimme myös parantaa foorumien tunnistamisen yhtenäisyyttä tutkimusryhmissä."
Näin Forabot toimii
Ensin käyttäjien on pestävä ja siivilöitävä näyte sadoista kalvoista. Tämä jättää käyttäjille kasan hiekalta näyttävää. Näyte muodoista asetetaan sitten säiliöön, jota kutsutaan eristystorniksi. Eristystornin pohjassa oleva neula työntyy sitten ylöspäin näytteen läpi nostaen yksittäisen muodon ylös, jossa se poistetaan tornista imulla. Imu vetää muodon erilliseen säiliöön, jota kutsutaan kuvantamistorniksi, joka on varustettu automaattisella, korkearesoluutioisella kameralla, joka tallentaa useita kuvia muodosta. Kuvien ottamisen jälkeen kalvoa nostetaan uudelleen neulalla, kunnes se voidaan poimia imulla ja sijoittaa lajitteluasemalle sopivaan säiliöön.
"Ajatuksena on, että tekoälymme voi käyttää kuvia tunnistaakseen, minkä tyyppinen foorumi se on, ja lajitella sen sen mukaan", Lobaton sanoo.
"Julkaisemme avoimen lähdekoodin lehdessä ja sisällytämme suunnitelmat ja tekoälyohjelmistot tämän paperin lisämateriaaleihin", Lobaton lisää. "Toivottavasti ihmiset käyttävät sitä hyväkseen. Seuraava askel meille on laajentaa järjestelmän tunnistamien muotojen tyyppejä ja työskennellä toimintanopeuden optimoimiseksi.
"Aavemetsät:" NCSU:n tutkijat varoittavat, että meren nousu hukuttelee lisää puita
Paperi, "Forabot: Automated Planktic Foraminifera Isolation and Imaging”, on julkaistu avoimessa lehdessä Geochemistry, Geophysics, Geosystems. Paperin vastaava kirjoittaja on Turner Richmond, tuore Ph.D. valmistunut NC osavaltiosta. Paperi oli mukana kirjoittamassa Jeremy Cole, Ph.D. valmistunut NC valtion; ja Gabriella Dangler, NC Staten perustutkinto.
- työ tehtiin National Science Foundationin tuella apurahanumerolla 1829930.
© North Carolina State University
Viesti Uudet NCSU:n kehittämät fossiilien lajittelurobotit auttamaan ilmaston ja valtamerten tutkimusta ilmestyi ensin WRAL TechWire.
