RALEIGH – Naukowcy opracowali i zademonstrowali robota zdolnego do sortowania, manipulowania i identyfikowania mikroskopijnych skamieniałości morskich. Nowa technologia automatyzuje żmudny proces, w którym odgrywa kluczową rolę pogłębianie naszego zrozumienia oceanów i klimatu świata – zarówno dzisiaj, jak i w przeszłości prehistorycznej.
„Piękno tej technologii polega na tym, że jest ona wykonana przy użyciu stosunkowo niedrogich, gotowych komponentów, a zarówno projekty, jak i oprogramowanie sztucznej inteligencji udostępniamy na zasadach open source” – mówi Edgar Lobaton, współautor artykułu na temat tej pracy oraz profesor nadzwyczajny inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej. „Naszym celem jest zapewnienie powszechnej dostępności tego narzędzia, aby mogło z niego korzystać jak najwięcej badaczy w celu pogłębienia naszej wiedzy na temat oceanów, różnorodności biologicznej i klimatu”.
Technologia o nazwie Forabot wykorzystuje robotykę i sztuczną inteligencję do fizycznego manipulowania szczątkami organizmów zwanych otwornicami, w celu wyizolowania, zobrazowania i identyfikacji tych szczątków.
Foramy nie są protistami ani roślinami, ani zwierzętami i występują powszechnie w naszych oceanach od ponad 100 milionów lat. Kiedy fora obumierają, pozostawiają po sobie maleńkie muszle, większość o szerokości mniejszej niż milimetr. Muszle te dają naukowcom wgląd w charakterystykę oceanów, jakie istniały, gdy żyły otwory. Na przykład różne rodzaje gatunków foramów dobrze się rozwijają w różnych środowiskach oceanicznych, a pomiary chemiczne mogą dostarczyć naukowcom informacji o wszystkim, od składu chemicznego oceanu po jego temperaturę w chwili tworzenia się muszli.
Badania NCSU mogą oznaczać szybsze mikroczipy, aplikacje do obliczeń kwantowych
Dlaczego jest to potrzebne
Jednak ocena muszli i skamieniałości foramów jest zarówno żmudna, jak i czasochłonna. Dlatego zespół ekspertów w dziedzinie inżynierii i paleoceanografii opracował Forabot w celu automatyzacji procesu.
„W tym momencie Forabot jest w stanie zidentyfikować sześć różnych rodzajów foremek i przetworzyć 27 foramów na godzinę, ale nigdy się nie nudzi i nigdy nie męczy” – mówi Lobaton. „To prototyp potwierdzający słuszność koncepcji, dlatego będziemy zwiększać liczbę gatunków foramów, które urządzenie będzie w stanie zidentyfikować. Jesteśmy optymistami, że uda nam się również zwiększyć liczbę foramów, które może przetworzyć na godzinę.
„Ponadto w tym momencie Forabot ma wskaźnik dokładności identyfikacji otworów wynoszący 79%, czyli lepiej niż większość wyszkolonych ludzi”.
„Po zoptymalizowaniu Forabot będzie cennym sprzętem badawczym, pozwalającym studentom „zbierającym foram” lepiej spędzić czas na zdobywaniu bardziej zaawansowanych umiejętności” – mówi Tom Marchitto, współautor artykułu i profesor nauk geologicznych na Uniwersytecie Kolorado w Boulder. „Wykorzystując wiedzę taksonomiczną zdobytą przez społeczność do szkolenia robota, możemy również poprawić jednolitość identyfikacji otworków we wszystkich grupach badawczych”.
Badanie NCSU: Skuteczna edukacja na temat zmian klimatycznych musi uwzględniać postawy społeczne
Oto jak działa Forabot
Najpierw użytkownicy muszą umyć i przesiać próbkę setek foramów. Pozostawia to użytkownikom stos czegoś, co wygląda jak piasek. Próbkę otworów umieszcza się następnie w pojemniku zwanym wieżą izolacyjną. Następnie igła znajdująca się na dole wieży izolacyjnej wystaje w górę przez próbkę, unosząc pojedynczy otwór do góry, gdzie jest ona usuwana z wieży poprzez zasysanie. Ssanie zaciąga otwór do oddzielnego pojemnika zwanego wieżą obrazowania, który jest wyposażony w zautomatyzowaną kamerę o wysokiej rozdzielczości, która rejestruje wielokrotne obrazy otworu. Po wykonaniu zdjęć foremka jest ponownie podnoszona za pomocą igły, aż będzie można ją pobrać za pomocą odsysania i umieścić w odpowiednim pojemniku na stacji sortującej.
„Pomysł jest taki, że nasza sztuczna inteligencja może wykorzystać obrazy, aby zidentyfikować rodzaj formu i odpowiednio go posortować” – mówi Lobaton.
„Publikujemy w czasopiśmie o otwartym kodzie źródłowym, a plany i oprogramowanie AI dołączamy do materiałów dodatkowych do tego artykułu” – dodaje Lobaton. „Mam nadzieję, że ludzie z tego skorzystają. Kolejnym krokiem dla nas jest poszerzenie typów foramów rozpoznawanych przez system i praca nad optymalizacją szybkości działania.”
„Lasy duchów”: naukowcy z NCSU ostrzegają, że wzrost liczby mórz topi więcej drzew
Papier, "Forabot: Zautomatyzowana izolacja i obrazowanie otwornic planktycznych” został opublikowany w ogólnodostępnym czasopiśmie Geochemistry, Geophysics, Geosystems. Autorem korespondencyjnym artykułu jest Turner Richmond, niedawny doktorant. absolwent NC State. Współautorem artykułu jest dr Jeremy Cole. absolwent stanu NC; oraz Gabriellę Dangler, studentkę NC State.
Połączenia praca została wykonana przy wsparciu National Science Foundation, w ramach grantu nr 1829930.
© Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej
Post Nowe roboty opracowane przez NCSU do sortowania paliw kopalnych, które pomogą w badaniach klimatu i oceanów po raz pierwszy pojawił się WRAL TechWire.
