Vatandaş bilimi: Bunu evde denemek

Kasım 2015'te Pittsburgh'un kuzeybatısındaki Ohio Nehri boyunca yer alan yaklaşık 2.000 kişinin yaşadığı Ben Avon'da bir toplantı için birkaç yüz kişi bir araya geldi. Bu tür önceki meclislerde olduğu gibi, sakinler istenmeyen bir komşu hakkında en son şeyleri öğrenmeye başlamıştı.

Bu komşu, adanın bir ucunu doğrudan Ben Avon'un karşısında bulunan bir kömür işleme tesisi olan Shenango Coke Works'dü. Sakinleri uzun süredir tesisin emisyonlarının düzenli olarak havayı kirlettiğinden o kadar tehlikeye girdiğinden şüpheleniyordu. Astım, bulantı, baş ağrıları ve aileleri ile yaşadıkları sayısız diğer hastalıklar için kötü havayı suçladılar. Ancak geçmişte, kendi deneyimlerinin dışında, kesin kanıtları yoktu.

Böylece, bazı buldular.

Toplantının başlamasından kısa bir süre sonra, ön sırada oturan ABD Çevre Koruma Ajansı'ndan bir temsilci ile Carnegie Mellon Üniversitesi bilgisayar uzmanı Randy Sargent ayağa kalktı ve Shenango'ya doğru mahallenin noktalarına yardım ettiği kameralardan gelen hızlandırılmış videolarla sazlanmaya başladı . Günde her 5 saniyede bir, 24 saatte bir kare çeken kameralar, topluluğun yıllar boyunca ne yapmaya çalıştığını yapmayı kolaylaştırdı: Dumanı izleyin.

Zehirli bulutları yalnızca buhardan ayırt etmek zor bir iştir, bu yüzden topluluk, CMU’nun CREATE Lab’ından (Topluluk Robotları, Eğitim ve Teknoloji Güçlendirme) çıkan Sargent’a döndü. Kendisi ve meslektaşı Yen-Chia Hsu, her resimde kötü duman türlerini seçmek için bir bilgisayarlı görüntü algoritması geliştirdi.

Yüzlerce kareden bir araya dikilen, elde edilen videoda bir aydan oluşan siyah, kahverengi, mavi ve turuncu bulutlardan oluşan bir döngü makarası görüldü. İlgili günlerden toplanan federal, yerel ve topluluk sensörü verileriyle eşleştirilen Ben Avon'un şüpheleri nihayetinde bir miktar temel buluyor gibiydi: Shenango, her yedi günde beşi havaya bırakan zehirli maddeleri serbest bırakıyordu.

Shenango Kanalı

Bir ay sonra, DTE Energy, zayıf bir çelik piyasası ve müşteri eksikliğine işaret ederek Shenango tesisini kapatacağını açıkladı. Ocak ayına kadar, tesis son kömür partisini pişirmişti ve şimdi de yıkım amaçlı.

CREATE Lab proje direktörü Bea Dias, "Bunun ekonomik meseleler olduğunu söylediler, ancak zaman çizgisinin toplumun baskısı nedeniyle değişip değişmediğini merak ediyorum" dedi. "Algoritma, seslerine daha fazla ağırlık veren bir araçtı, bir dava açmak için fazladan bir bacaktı. Ama eğer onu kullanmak için aktif bir topluluğu olmasaydı, teknolojinin önüne koymak için teknoloji işe yaramazdı. Karar vericiler sürekli. "

Dias grubu, endişelerini gidermek için onlara donanım, yazılım ve diğer çözümler sağlamak üzere doğrudan topluluklarla bağlantı kurmakla suçlanıyor. Bilgisayarla görme algoritması, bu zorunluluğun özellikle güçlü bir gerçekleştirmesi olarak ortaya çıktı. Ancak son yıllarda şaşırtıcı bir büyüme yaşayan bir alandan sadece bir örnek: vatandaş bilimi için yüksek teknoloji araçları.

All-Access Pass

Arka bahçenizde kötü hava pompalayan bir fabrikanız olmasa bile, hevesli amatörler tarafından yalnız veya profesyonel bilim adamları ile konserde yürütülen bir araştırma olan vatandaşlık bilimine dahil olmak isteyebilirsiniz. Neyse ki sizin için, herkes için bir şeyler var.

Ekzoplanetler ve kuasarlar bulmak için terabayt alan teleskopu verilerinin seçimine yardımcı olmak ister misiniz? Zooniverse'ye git. Belki aklınızda bir laboratuar projeniz vardır, ancak ekipmanı karşılayamazsınız. Sorun değil; Parçaları Acayip'in Açık Kaynaklı Laboratuarındaki bir plandan yazdırabilirsiniz.

Bazı DIY biyolojisine ne dersiniz? Santa Clara, California'daki BioCurious veya Maryland'deki Baltimore Underground Science Space gibi yerel biyospazlar, DNA ekstraksiyonundan baskı hücresi kültürlerine kadar çeşitli projeler için önerilerde bulunabilir ve yardımcı olabilir.

Projelerle ve kalabalık kaynaklı verilerle uğraşmak vatandaş biliminin temel mesleklerinden ikisidir ve bunun için önemli bir teşviktir.

Gretchen Gehrke, Kamu Laboratuvarı ile ilgili bilgi ve savunuculuk görevinde, "Bu son federal kuralsızlaştırma dönemi, gözetimdeki yetersizlikler ve gözetimdeki boşluklara ışık tutuyor ve devlet müdahalesine güvenemediğimizde kendimize güvenmeliyiz" dedi. Ancak, bu işi yapmak için gerekli araçlara erişimin zor olabileceğini de sözlerine ekledi.

“Erişim” genellikle “şeyleri daha ucuz hale getirmek” anlamına gelir. Sensörlerin ve mikrokontrolörlerin sürekli artan maliyeti, uydu verilerine erişim ve başkalarının teknik uzmanlığı paylaşma istekleri sayesinde, yalnızca kurumsal araştırmacılar için bir zamanlar mevcut olan sofistike araçlar şimdi onları isteyen herkesin elinde.

(Fotoğraf: Andrew Thaler)

Public Lab'ın topluluk sayfalarının ev sahipliği yaptığı Raspberry Pi tabanlı spektrometre tasarımlarını göz önünde bulundurun. Spektrometreler, ışık özelliklerinin analizi yoluyla bir nesne veya maddeler hakkında bilgi belirlemek için kullanılır. Elde kullanılan ticari bir versiyon yaklaşık 1.500 dolar harcar; hantal bir laboratuar iş atı bunun beş katıdır. Ya da küçük bir rehberlikle, yaklaşık 70 $ karşılığında kendiniz için bir tane oluşturabilirsiniz.

Vatandaşlık biliminin bir diğer öncüsü, erişim engelleri nedeniyle Herkes için Okyanusografi'yi başlatan derin deniz araştırmacısı ve deniz ekolojisi danışmanı Andrew Thaler'dir (aşağıda gösterilmiştir). Kuruluşun belirttiği hedef: "Düşük maliyetli, açık kaynaklı donanım aracılığıyla araştırmacıları, eğitimcileri ve vatandaş bilim adamlarını güçlendirmek."

Thaler'in geliştirilmesi üzerine çalıştığı ana araç, iletkenliği (tuzluluk), sıcaklık ve basıncı ölçmek için oşinografide kullanılan bir CTD idi. Suda yaşayan bir ortamı incelemek ve anlamak için çok önemli bir araç - ancak eğer istersen, en az on bin dolara kadar en az 6, 000 doların üzerinde çatal almaya hazır ol.

(Fotoğraf: Andrew Thaler)

Çok fazla sabır ve arkadaşlarla ve meslektaşlarla işbirliği yapan Thaler, 300 dolar karşılığında bir CDT geliştirdi. En pahalı bileşen yaklaşık 200 ABD doları olan sensörün kendisidir. Ancak, 200 kat daha pahalı olan bir cihazla birlikte test edilen Thaler'in CTD'si, daha pahalı birimin% 2'lik bir hata payı içinde veri döndürdü.

Thaler, "Bilim insanlarına aynı zamanda vatandaş olduklarını hatırlatmak için gittikçe artan bir ihtiyaç var." Dedi. “Tabii ki, büyük bir araştırma ödeneğine erişiminiz olabilir ve 60.000 $ 'lık ticari bir birim satın alabilirsiniz. Ancak bu, kendi suyollarını izlemek isteyen topluluk gruplarına giriş için büyük bir engeldir. Daha ucuz ekipman, daha çok bilim yapılır. "

İzleme ve robotik araçlara erişim, en az bir deniz topluluğunun büyük bir hedefi gerçekleştirmesine yardımcı oldu. Meksika'da, birçok balıkçı köyü, Thaler'in eğitim programlarında Nassau orfozlarının yumurtlama toplanmalarını araştırmak için kullandığı aynı açık kaynaklı robot platformu olan Open ROV'u kullandı. Orfoz, hayati öneme sahip ticari bir türün yanı sıra önemli bir resif balığıdır ve topluluk kaçak avcılar tarafından silinmesini önlemek için deniz koruma alanı kurmuştur.

(Fotoğraf: Michelle Z. Donahue)

Sorunları Tahmin Etmek

Pittsburgh'da, CREATE Lab, Shenango ile durmadı. Misyonunun bir diğer adı da, toplulukların CMU bilim insanlarıyla çalışarak kazandıkları bilgi ve araçları geliştirmelerine yardımcı olmaktır. Ve Pittsburgh, çelik çağı mirasının yolunda hala bir şekilde olduğu gibi, kokusu yapan tek şey Shenango değil.

CREATE Lab'in Shenango çalışmasından çıkan bir uygulama olan Smell Pittsburgh'a girin. Halen geliştirilme aşamasında olan ve sonunda ulusun herhangi bir şehrinde kullanılabilecek bir araç olarak öngörülen uygulama, bölge sakinlerinin uygulamada oturum açan ve yerel sağlık departmanına bildirilen rahatsız edici çevresel kokuları etiketlemesini sağlar. Giriş yaptıktan sonra, uygulama aynı gün ve saatteki diğer koku raporlarını gösteren bir harita görüntüler.

Pittsburgh merkezli bir belgesel ve endüstri mühendisi olan Mark Dixon, bu uygulamayı insanları çevreleri hakkında değiştirmek istedikleri bir şeyle meşgul olmaları için motive etmenin bir yolu olarak nitelendirdi.

Dixon, “Sorun bildirdiğinizde ve hiçbir şey olmadığında meydana gelen bu“ hastalık vadi ”var. “Bu uygulama insanları o vadi boyunca hızlandırıyor - ve ilk gördükleri şey yalnız olmadıkları. Artı gerçekten sorunun kapsamını da görebiliyorlar.”

Dixon, uygulamanın kullanılabilirliği üzerine inşa etmeye çalışıyor. Bir proje, Twitter'da etiketlenen yaklaşan #Stinkburgh günlerini denemek ve tahmin etmek için Smell Pittsburgh raporlarını ve Ulusal Hava Durumu Hizmet verilerini birleştiren bir algoritma geliştirmeyi içeriyordu. 10 günlük test süresi boyunca kabaca yüzde 75 başarı elde ettikten sonra, Dixon bir Smell Pittsburgh geliştiricisi de dahil olmak üzere bir grup yerel veri meraklısı ile bilgilerini paylaştı. Sonuç olarak, kötü hava günlerini daha güvenilir bir şekilde tahmin edebilme yeteneği, uygulamanın gelecekteki sürümlerinde ortaya çıkabilir.

Tahmin, aynı zamanda farklı türde bir uygulamanın bir amacıdır, Sivrisinek Habitat Eşleştiricisi. NASA ile ortaklaşa Haziran 2017'de Küresel Çevre Stratejileri Enstitüsü (IGES) tarafından başlatılan uygulama, tehlikeli sivrisinek yaşam alanını tespit etmeyi ve ortadan kaldırmayı hedefliyor.

Barbuda, Peru ve Şili'de zaten test edilmiş olan uygulama, insanları bulduğu sivrisinek larvalarını tespit etmek, bir resim çekmek ve durgun suyu ortadan kaldırmak ve ayrıca uygulamanın veritabanına zaman, konum, tarih ve yerel çevre koşullarını girmek için eğitiyor. Bugüne kadar, proje yaklaşık 1.500 veri noktası toplamıştır - henüz anlamlı bir tahmin yapmak için yeterli değildir. Ancak umut, uzun vadede, sivrisinek kaynaklı hastalığın ciddi bir halk sağlığı sorunu olduğu yerlerde, yerden daha iyi verilerin biriktirilmesi, şu anda uydular tarafından toplanan hava durumu ve iklim verilerine dayanan tahmin modellerinin rafine edilmesine yardımcı olabilir. .

IGES'teki kıdemli bir bilim adamı olan Rusty Low, uygulamanın gelişmesine öncülük eden “Sivrisineklerin mikro iklimlere nasıl tepki verdiği hakkında bilmediğimiz çok şey var” dedi. “Halk sağlığı çalışanları ve toplulukları tarafından hastalık risklerini daha iyi anlamak için kullanılabilecek bölgesel ve bölgesel olmayan araçlar arıyoruz.”

Baltimore'da Johns Hopkins doktora öğrencisi Anna Scott'un Hava Küpleri, daha sıcak bir gelecekte sağlıklı şehirler için planlama konusunda şehir planlamacılarına daha fazla çalışabilir. Kentsel ısı konusundaki çalışmalarının bir sonucu olarak ortaya çıkan Scott küpleri, sıcaklık, nem, ozon, azot dioksit, kükürt dioksit ve hidrojen sülfürü ölçmek için Arduino tabanlı sensörlerle donatıldı. Elli küp şehir genelinde 25 tesise yerleştirilmiş ve Scott bu yaz daha fazla çıkarmayı umuyor.

(Fotoğraf: Anna Scott)

İlk izleme verileri, eski Baltimore iklim direnç planlayıcısı Kristin Baja'ya göre, cep parkları gibi daha fazla sayıda küçük yeşil alanın şehirdeki sıcaklıkları düşürmek için birkaç büyük parktan daha iyi olabileceğini ortaya koydu. Bu bilgi, kentin 16.000 boş alanının algısını yanıltmadan faydalanmaya doğru değiştirebilir.

Baltimore'daki Turner Station semtinde, Larry Bannerman Scott'ın iki küpüne ev sahipliği yapıyor. Ağırlıklı olarak Afrikalı-Amerikalı topluluğu, yerel kirleticilerle mücadele etme ve korunma için ajitasyon deneyimi yaşadı. İhtiyacı olursa destesinde ilave bir kart olduğu için mutlu olduğunu söyledi.

“Havamızdakilere dair net bir resme sahip olacağız” dedi. "Cebimizdeki bu bilgi, bazı değişiklikler yapmamız gerekirse en büyük değerimiz olacak."

Uzaydan Bir Görünüm

John Amos'un görüşüne göre, vatandaşların katkısı, aklında genellikle sorun olan bir sorunun üstesinden gelmenin anahtarı olacak: muazzam miktarda görsel veriyi daha kullanışlı hale getirmek.

Kurduğu kar amacı gütmeyen SkyTruth, 2010 yılında Deepwater Horizon petrol sızıntısının BP'nin kamuya açık tahminlerinden daha büyük olduğunu göstermek için uydu görüntüsü analizini kullandı. Grup, uydu görüntülerini dökülmelerden, yüzey madenciliğinden ve diğer endüstriyel faaliyetlerden kaynaklanan çevresel etkilerin izlenmesi için insan gözünü kullanmaya devam etmesine rağmen, SkyTruth şu anda karışıma yapay zeka, makine öğrenmesi ve büyük veri eklemeye çalışıyor.

SkyTruth Alerts, kullanıcıların belirli bir bölgedeki belirli çevresel değişikliklerden haberdar olmaları için kaydolabilecekleri bir hizmettir - yeni bir gaz sondaj izni, izin ihlali veya kimyasal dökülme veya doğal gaz sızıntısı raporu. Başlangıçta şirket içi bir araç olarak geliştirilen uyarılar şu anda Sahil Güvenlik ve devlet-çevre departmanı raporlama alanlarından sıyrılıyor. Yaklaşık 3.000 kişi bu aracın mevcut kullanıcılarıdır.

Hizmetin evrimi giderek daha fazla veri kaynağı ve aracı içermeyi ve tarihi görüntülerle birlikte yeni uydu görüntülerini karşılaştırmak için AI ve makine öğrenme sistemlerini kullanmayı hedeflemektedir. Bu tür referanslarla analiz, resmi kanallardan rapor edilmeden önce bile değişiklikleri tespit edebilir.

Kutsal kâseler, kullanıcıların kendi gözlem ve uyarılarını paylaşmalarına izin vermek, böylece paylaşılan kaygılarla bir dizi topluluk oluşturmaktır.

Aslında, SkyTruth kullanıcılarının ayrı bir proje için oluşturduğu kitle kaynaklı veriler, FrackFinder, Maryland’in 2017’de fracking’i yasaklamaya itmesine neden olan birkaç araştırmaya yol açtı. Johns Hopkins halk sağlığı araştırmacısı Brian Schwartz, astım ve erken doğum oranları. Çalışmalar için birçok veri kaynağına dayanmasına rağmen, SkyTruth kullanıcılarının kattığı veri türüne "alternatif" bulunmadığını söyledi.

Schwartz, “Devlet yetkilileriyle birkaç kez görüşüp, bulgularımızı sunduk ve tüm sorularını yanıtladık” dedi. “Bazılarının, gazete hikayelerinde ve başka yerlerde, 'Johns Hopkins sağlık çalışmaları' nihayet onları yasaklamaya oy vermeye ikna ettiklerini söylediği bildirildi.”

Amos, yerel, yerinde yapılan insan gözleminin, bulut bilişimin veri kırma yetenekleriyle bir araya gelmesinin potansiyel sorunların gerçek zamanlı olarak ortaya çıkmasını sağladığını belirtti.

Amos, "Sadece daha önce yaşanmış olanlarla ilgili değil, aynı zamanda çevrede olan şeyleri daha önce bildiklerinden, dikkat etmemiz gereken bir şeylerin olduğunun farkında olmak" dedi. “Bana göre, bu teknoloji odaklı, çevreciliğin yeniden canlandırıldığı çimlerin kökleri.”

CREATE Lab'ın Diyarı, yeni teknolojinin basitçe meraklı olmaktan çıkarılmasına ilgi ancak buradan büyüyecek.

“Bu tür teknolojiler yalnızca laboratuvarlarda veya yalnızca yüksek alanlarda olmamalıdır” dedi. “Her gün insanlara erişilebilir olmalı, yaratmalı ve sadece tüketmeli. Ve fikir, teknolojide daha akıcı olunca, gündelik işleri raftan alabilmeleri ve kendileri için çalışan bir şeyleri kesebilmeleri.”