Роботы сортируют окаменелости для изменения климата Университет штата Северная Каролина Колорадо Боулдер

Представьте, что есть десять различных типов раковин, каждый размером с песчинку, смешанных в миске с грязью перед вами. Вы хотите найти каждый тип отдельной оболочки - что вы делаете?

Для палеоканографов, изучающих историю океанов, этот нелепый вопрос - большая часть их исследований. И в течение 60 лет они смотрели на смесь под микроскопом и использовали кисть для сортировки снарядов один за другим. Но группа ученых стремится автоматизировать этот процесс и освободить палеоокеанографов, чтобы они проводили больше времени, анализируя микроскопические окаменелости раковин, называемые фораминиферы, которые могут прояснить роль океана в изменении климата.

Во время посещения своей жены в лаборатории палеоанографии Ритаян Митра, геолог из Университета Колорадо-Боулдер, был потрясен тем, как трудно сортировать фораминиферы вручную. Поскольку виды взаимодействуют со светом по-разному, она не только чистила их руками, но и постоянно перемещала источник света на своем микроскопе, чтобы выбрать оболочки. Митра сделал прототип, поместив кольцо светодиодов вокруг конца прицела, которое можно было автоматически регулировать для обеспечения разных углов света. В конце концов он исчерпал свои способности в робототехнике.

«Я не робототехник, я не специалист по океанографии, я просто увидел проблему и хотел найти решение», - говорит он. Для решения проблемы ему нужны были оба.

Поэтому он обратился к Эдгару Лобатону, инженеру-электрику из Университета штата Северная Каролина, где в то время находился Митра. Исследователи пытались и не смогли автоматизировать процесс сортировки крошечных оболочек. Лобатон принял вызов, написав гранты, которые позволят это междисциплинарное сотрудничество. Вместо того, чтобы пытаться заставить компьютер идентифицировать все возможные изображения всех видов фораминифер (это то, что люди пробовали с нейронными сетями в прошлом), его команда собирается обучить компьютер, чтобы регулярно распознавать только полдюжины видов фораминифер. используется в исследованиях. (Это уменьшит вычислительную нагрузку.)

Лобатон также обладает секретным оружием благодаря проекту Митры - Тома Маркитто, палеоканографа из Университета Колорадо-Боулдер. Когда Лобатон и его лаборатория впервые посетят Маркитто в начале августа, им будет дан ускоренный курс по палеоокеанографии. «Мы рассмотрим фораминиферы вместе», - говорит Маркитто. В процессе он надеется передать некоторые знания о том, как люди принимают решения о том, какие снаряды и какие виды. Отсюда Маркитто говорит: «Надеюсь, мы сможем перенести эти решения в сеть типа искусственного интеллекта, которая может сделать это автоматически».

В настоящее время палеоокеанографы проводят большое количество времени, сортируя образцы. Поскольку виды предпочитают разные питательные вещества и температуры, некоторые из их данных о состоянии древних океанов получены из пропорций разных видов, найденных в разное время. Если сортировка автоматизирована, эти данные будут собираться экспоненциально быстрее, чем сейчас. Это также позволило бы исследователям проанализировать химический состав окаменелых раковин. Фораминиферы были обнаружены во всем океане в течение миллионов лет, поэтому их изменения в химии с течением времени являются окном в прошлый океанский климат.

Первым шагом для исследователей в течение следующих двух лет является разработка программного обеспечения для идентификации. Если все пойдет хорошо, у Лобатона есть планы по роботизированному оружию, которое может на самом деле сортировать виды. Научить компьютер находить микроскопические окаменелости, которые вы хотите, в куче микроскопических окаменелостей - задача, которую невозможно озвучить. Но если им это удастся, мы могли бы увидеть всплеск информации о древних океанах, которого мы никогда раньше не видели. А для микроскопических ископаемых оболочек это довольно круто.