Robots sorteren fossielen voor klimaatverandering North Carolina State University Colorado Boulder

Stel je voor dat er tien verschillende soorten schelpen zijn, elk zo groot als een zandkorrel, gemengd in de kom met modder voor je. U wilt elk type individuele shell vinden - wat doet u?

Voor paleoceanografen die de geschiedenis van de oceanen bestuderen, is deze belachelijke vraag een groot deel van hun onderzoek. En gedurende 60 jaar hebben ze het mengsel onder een microscoop bekeken en een penseel gebruikt om schelpen één voor één uit te sorteren. Maar een groep wetenschappers is op zoek om het proces te automatiseren en de paleoceanografen vrij te maken om meer tijd te besteden aan het analyseren van de microscopische schelpfossielen die foraminiferen worden genoemd en die de rol van de oceaan in klimaatverandering kunnen verduidelijken.

Tijdens een bezoek aan zijn vrouw in een laboratorium voor paleoceanografie, was Ritayan Mitra, een geowetenschapper aan de Universiteit van Colorado-Boulder, ontsteld over het feit hoe inspannende foraminiferen met de hand worden gesorteerd. Omdat de soort op verschillende manieren met licht in wisselwerking staat, stak ze niet alleen met de hand af, maar bewoog ze de lichtbron ook constant over haar microscoop om de schelpen eruit te halen. Mitra maakte een prototype en plaatste een ring van LED's rond het uiteinde van de scope die automatisch kon worden aangepast om verschillende lichtinvalshoeken te creëren. Uiteindelijk liep hij het einde van zijn robotica-vermogen tegen het lijf.

"Ik ben niet de robotica-man, ik ben ook geen oceanografie-man, ik zag net een probleem en wilde een oplossing vinden", zegt hij. Om het probleem op te lossen had hij beide nodig.

Dus wendde hij zich tot Edgar Lobaton, een elektrotechnisch ingenieur aan de North Carolina State University, waar Mitra op dat moment was. Onderzoekers hebben geprobeerd het proces van het sorteren van de kleine schelpen eerder te automatiseren. Lobaton ging de uitdaging aan en schreef de subsidies die deze multidisciplinaire samenwerking mogelijk zouden maken. In plaats van te proberen een computer te krijgen die alle mogelijke afbeeldingen van alle soorten foraminiferen identificeert (wat mensen in het verleden met neurale netten hebben geprobeerd), gaat zijn team de computer trainen om slechts de helft van de soorten foraminiferen regelmatig te herkennen gebruikt in onderzoek. (Dit zal de computerbelasting verminderen.)

Lobaton heeft ook een geheim wapen dankzij Mitra - Tom Marchitto, een paleoceanograaf aan de Universiteit van Colorado - Boulder, over het project. Wanneer Lobaton en zijn lab voor de eerste keer begin augustus naar Marchitto gaan, krijgen ze een spoedcursus paleoceanografie. "We zullen samen kijken naar foraminiferen", zegt Marchitto. In dit proces hoopt hij een deel van de kennis over te dragen van hoe mensen beslissingen nemen over welke schillen welke soorten zijn. Marchitto zegt hierover: "Hopelijk kunnen we die beslissingen overbrengen naar een netwerk van kunstmatige intelligentie dat dit automatisch kan doen."

Momenteel besteden paleoceanografen een groot deel van hun tijd aan het sorteren van monsters. Omdat de soorten verschillende voedingsstoffen en temperaturen verkiezen, zijn sommige van hun gegevens over de omstandigheden van oude oceanen afkomstig van de verhoudingen van verschillende soorten die op verschillende tijdstippen worden aangetroffen. Als het sorteren geautomatiseerd is, zouden deze gegevens exponentieel sneller worden verzameld dan het nu is. Het zou ook de onderzoekers bevrijden om de chemische samenstelling van de versteende schelpen te analyseren. Foraminiferen zijn al miljoenen jaren in de oceanen gevonden, dus hun veranderingen in de chemie na verloop van tijd is een venster op het oceaanklimaat in het verleden.

De eerste stap voor de onderzoekers in de komende twee jaar is het ontwerpen van de identificatiesoftware. Als dat goed gaat, heeft Lobaton plannen voor robotarmen die de soort daadwerkelijk kunnen sorteren. Een computer leren om het microscopische fossiel te vinden dat je wilt, in een stapel microscopisch kleine fossielen, is een onmogelijke klus. Maar als ze kunnen slagen, kunnen we kijken naar een golf van informatie over de oude oceanen zoals we nog nooit eerder zijn gezien. En voor microscopische fossiele granaten is dat best cool.