RALEIGH – Forskare har utvecklat och demonstrerat en robot som kan sortera, manipulera och identifiera mikroskopiska marina fossiler. Den nya tekniken automatiserar en tråkig process som spelar en nyckelroll i främja vår förståelse av världens hav och klimat – både idag och i det förhistoriska förflutna.
"Det fina med den här tekniken är att den är gjord med relativt billiga komponenter från hyllan, och vi gör både designen och programvaran för artificiell intelligens öppen källkod", säger Edgar Lobaton, medförfattare till en artikel om arbetet och en docent i el- och datorteknik vid North Carolina State University. "Vårt mål är att göra det här verktyget allmänt tillgängligt, så att det kan användas av så många forskare som möjligt för att främja vår förståelse av hav, biologisk mångfald och klimat."
Tekniken, som kallas Forabot, använder robotik och artificiell intelligens för att fysiskt manipulera resterna av organismer som kallas foraminifera, eller forams, så att dessa rester kan isoleras, avbildas och identifieras.
Foram är protister, varken växter eller djur, och har varit vanliga i våra hav i mer än 100 miljoner år. När foram dör lämnar de efter sig sina små skal, de flesta mindre än en millimeter breda. Dessa skal ger forskare insikter i havens egenskaper som de fanns när foramen levde. Till exempel trivs olika typer av foramarter i olika typer av havsmiljöer, och kemiska mätningar kan berätta för forskare om allt från havets kemi till dess temperatur när skalet bildades.
NCSU-forskning kan innebära snabbare mikrochips, kvantberäkningstillämpningar
Varför det behövs
Men att utvärdera foramskal och fossiler är både tråkigt och tidskrävande. Det är därför ett team av ingenjörs- och paleoceanografiexperter utvecklade Forabot för att automatisera processen.
"Vid det här laget kan Forabot identifiera sex olika typer av foram och bearbeta 27 foram per timme - men det blir aldrig uttråkat och det blir aldrig trött", säger Lobaton. "Det här är en proof-of-concept-prototyp, så vi kommer att utöka antalet foramarter som den kan identifiera. Och vi är optimistiska att vi också kommer att kunna förbättra antalet foram som den kan bearbeta per timme.
"Också, vid denna tidpunkt har Forabot en noggrannhet på 79% för att identifiera foram, vilket är bättre än de flesta tränade människor."
"När Forabot har optimerats kommer det att vara en värdefull del av forskningsutrustningen, som gör det möjligt för studenter att "forampickere" att bättre spendera sin tid på att lära sig mer avancerade färdigheter, säger Tom Marchitto, medförfattare till tidningen och professor i geologiska vetenskaper vid University of Colorado, Boulder. "Genom att använda samhällsbaserad taxonomisk kunskap för att träna roboten kan vi också förbättra enhetligheten i foramidentifieringen mellan forskargrupper."
NCSU-studie: Effektiv utbildning om klimatförändringar måste ta hänsyn till sociala attityder
Så här fungerar Forabot
Först måste användarna tvätta och sikta ett prov på hundratals forams. Detta lämnar användarna med en hög med vad som ser ut som sand. Provet av foram placeras sedan i en behållare som kallas isoleringstornet. En nål i botten av isoleringstornet sticker sedan upp genom provet och lyfter upp ett enda hål där det tas bort från tornet via sug. Suget drar foramet till en separat behållare som kallas bildtornet, som är utrustad med en automatiserad, högupplöst kamera som tar flera bilder av foramet. Efter att bilderna är tagna lyfts foramen igen med en nål tills den kan sugas upp och deponeras i den aktuella behållaren i en sorteringsstation.
"Tanken är att vår AI kan använda bilderna för att identifiera vilken typ av format det är och sortera det därefter", säger Lobaton.
"Vi publicerar i en tidskrift med öppen källkod och inkluderar ritningarna och AI-programvaran i tilläggsmaterialet till den tidningen," tillägger Lobaton. "Förhoppningsvis kommer folk att använda sig av det. Nästa steg för oss är att utöka de typer av foram som systemet kan identifiera och arbeta med att optimera drifthastigheten.”
"Spökskogar:" NCSU-forskare varnar för att havshöjningen dränker fler träd
Pappret, "Forabot: Automatiserad isolering och avbildning av planktiska foraminifer”, publiceras i tidskriften Geochemistry, Geophysics, Geosystems med öppen tillgång. Motsvarande författare till uppsatsen är Turner Richmond, nyligen Ph.D. examen från staten NC. Uppsatsen var medförfattare av Jeremy Cole, en Ph.D. examen från staten NC; och av Gabriella Dangler, en undergraduate vid NC State.
Smakämnen arbete gjordes med stöd från National Science Foundation, under anslagsnummer 1829930.
© North Carolina State University
Posten Nya NCSU-utvecklade fossilsorteringsrobotar för att hjälpa klimat- och havsforskning först dök upp på WRAL TechWire.
