Občianska veda: vyskúšajte to doma

V novembri 2015 sa niekoľko sto ľudí zišlo na stretnutie v Ben Avone, susedstve približne 2 000 ľudí, ktorí sa uhnízdia pozdĺž rieky Ohio severozápadne od Pittsburghu. Rovnako ako v predchádzajúcich zhromaždeniach tohto druhu, aj tu sa obyvatelia dozvedeli najnovšie informácie o nevítanom susedovi.

Susedom boli koksárne Shenango, závod na spracovanie uhlia, ktorý obkľúčil jeden koniec ostrova priamo oproti Ben Avon. Obyvatelia už dlho mali podozrenie, že emisie elektrárne pravidelne znečisťujú ovzdušie do takej miery, že tu existuje nebezpečenstvo pre život. Obviňovali zlý vzduch na astmu, nevoľnosť, bolesti hlavy a nespočetné množstvo ďalších chorôb, ktoré utrpeli oni a ich rodiny. V minulosti im však chýbali definitívne dôkazy mimo vlastných skúseností.

Tak niečo našli.

Krátko po začatí stretnutia sa v prednej rade so zástupcom Agentúry pre ochranu životného prostredia USA, počítačový vedec Carnegie Mellon University, Randy Sargent, postavil a začal sa natáčať pomocou časosběrných videí z kamier, ktorým pomohol susednému bodu smerovať k Shenango., Vďaka snímkam každých 5 sekúnd, 24 hodín denne, fotoaparáty uľahčili vykonávanie toho, čo sa komunita v priebehu rokov snažila robiť: sledujte dym.

Odlíšiť toxické oblaky od pary je zložité podnikanie, a tak sa komunita obrátila na Sargenta, ktorý pracuje z laboratória CREATE laboratória CMU (Community Robotics, Education a Technology Empowerment). On a kolega Yen-Chia Hsu vyvinuli algoritmus počítačového videnia, aby vybrali zlé typy dymu na každom obrázku.

Výsledné video poskladané zo stoviek snímok ukázalo slučkovú cievku čiernych, hnedých, modrých a oranžových mrakov z jedného mesiaca. Zdá sa, že podozrenie Ben Avona, spárovaného s údajmi o federálnych, miestnych a komunitných senzoroch získaných z príslušných dní, konečne našlo nejaký základ: Shenango uvoľňovalo množstvo toxických látok do vzduchu päť z každých siedmich dní.

Kanál Shenango

O mesiac neskôr spoločnosť DTE Energy oznámila, že zatvorí svoje zariadenie v Shenango, citujúc slabý trh s oceľou a nedostatok zákazníkov. V januári táto továreň vypálila svoju poslednú dávku uhlia a teraz je pripravená na demoláciu.

„Povedali, že to boli ekonomické otázky, ale zaujímalo by ma, či sa časový plán zmenil kvôli tlaku zo strany komunity, “ povedala Bea Dias, projektová riaditeľka spoločnosti CREATE Lab. „Algoritmus bol nástrojom, ktorý dal ich hlasom väčšiu váhu, ďalšou nohou na vytvorenie prípadu. Ale táto technológia by nefungovala, keby nemala aktívnu komunitu na jej použitie, ľudia by ju umiestnili pred tvorcovia rozhodnutí neustále. ““

Skupina Dias je poverená priamym kontaktom s komunitami, aby im poskytla hardvér, softvér a ďalšie riešenia na riešenie ich problémov. Algoritmus počítačového videnia sa ukázal byť obzvlášť silnou realizáciou tohto mandátu. Je to však iba jeden príklad v oblasti, ktorá zaznamenala v posledných rokoch ohromujúci rast: špičkové nástroje pre občiansku vedu.

All-Access Pass

Aj keď nemáte na záhrade továreň, ktorá by čerpala zlý vzduch, možno by ste sa stále chceli zapojiť do nejakej občianskej vedy - čo je výskum vykonávaný nadšenými amatérmi, buď samostatne alebo v zhode s profesionálnymi vedcami. Našťastie pre vás existuje niečo pre každého.

Chcete pomôcť pri výbere terabajtov údajov vesmírneho ďalekohľadu pri hľadaní exoplanet a kvázarov? Zamierte na Zooniverse. Možno máte na mysli laboratórny projekt, ale vybavenie si nemôžete dovoliť. Žiaden problém; vytlačte časti z plánu v laboratóriu Open-source spoločnosti Appropedia.

A čo taká DIY biológia? Miestne biopriestory, napríklad BioCurious v Santa Clare v Kalifornii alebo Baltimore Underground Science Space v Marylande, môžu radiť a pomáhať pri projektoch od extrakcie DNA po tlačenie bunkových kultúr.

Ovládanie projektov a získavanie údajov o dave sú dve z hlavných zamestnaní občianskych vied a hlavným stimulom pre tento účel je posilnenie postavenia.

„Táto nedávna éra federálnej deregulácie poukazuje na nedostatky a medzery v dohľade a keď sa nemôžeme spoliehať na vládne intervencie, musíme sa spoliehať na seba, “ uviedla Gretchen Gehrke, správkyňa údajov a advokácie v spoločnosti Public Lab. Prístup k potrebným nástrojom na vykonanie tejto práce však môže byť výzvou, dodala.

„Prístup“ sa často jednoducho premieta do „zlacnenia vecí“. Vďaka neustále sa znižujúcim nákladom na senzory a mikrokontroléry, prístup k satelitným údajom a ochotu ostatných zdieľať technické odborné znalosti sú sofistikované nástroje, ktoré boli k dispozícii iba inštitucionálnym výskumníkom, teraz v rukách kohokoľvek, kto ich chce.

(Foto: Andrew Thaler)

Zvážte návrhy spektrometrov Raspberry Pi usporiadané na komunitných stránkach Public Lab. Spektrometre sa používajú na určovanie informácií o objekte alebo látkach prostredníctvom analýzy jeho svetelných vlastností. Komerčná vrecková verzia beží približne 1 500 dolárov; objemný laboratórny pracovný kôň je päťkrát väčší. Alebo s malým vedením si môžete jednu vyrobiť pre seba za približne 70 dolárov.

Ďalším priekopníkom v oblasti občianskych vied je Andrew Thaler (obrázok nižšie), výskumník v oblasti hlbokomorského mora a konzultant morskej ekológie, ktorý začal oceánografiu pre všetkých z dôvodu prekážok v prístupe. Stanovený cieľ organizácie: „Posilniť výskumných pracovníkov, pedagógov a občianskych vedcov prostredníctvom lacného hardvéru s otvoreným zdrojom.“

Hlavným nástrojom, ktorý Thaler pracoval na vývoji, bola CTD, ktorá sa používa v oceánografii na meranie vodivosti (slanosť), teploty a tlaku. Je to nevyhnutný nástroj na štúdium a porozumenie vodného prostredia - ale ak ho chcete, pripravte sa na rozvetvenie minimálne 6 000 dolárov, až do desiatok tisíc.

(Foto: Andrew Thaler)

S veľkou trpezlivosťou a spoluprácou s priateľmi a kolegami vyvinul Thaler CDT za 300 dolárov. Najdrahšou súčasťou je samotný senzor, ktorý beží takmer 200 dolárov. Thalerov CTD testovaný spolu so zariadením, ktoré stálo 200-krát viac, vrátil údaje s toleranciou 2 percent chyby drahšej jednotky.

„Stále dôležitejšie je pripomenúť vedcom, že sú tiež občanmi, “ uviedol Thaler. „Iste, možno budete mať prístup k rozsiahlemu grantu na výskum a môžete si kúpiť komerčnú jednotku vo výške 60 000 dolárov. Je to však veľká prekážka vstupu pre komunitné skupiny, ktoré chcú sledovať svoje vlastné vodné cesty. Ak tiež začnete podporovať programy, ktoré vytvárajú ten istý kus vybavenie lacnejšie, omnoho viac vedy. “

Prístup k monitorovacím a robotickým nástrojom pomohol aspoň jednej námornej komunite dosiahnuť hlavný cieľ. V Mexiku niekoľko rybárskych dedín používalo Open ROV, rovnakú platformu robotických robotov s otvoreným zdrojovým kódom, ktorú Thaler používa vo svojich školiacich programoch, na vykonávanie prieskumov agregácií neresiacich sa plodín Nassau. Ryby sú kľúčovými útesovými rybami, rovnako ako životne dôležitými komerčnými druhmi, a spoločenstvo založilo morskú chránenú oblasť, ktorá ho chráni pred vyhladením pytliakmi.

(Foto: Michelle Z. Donahue)

Predpovedanie problémov

V Pittsburghu CREATE Lab neprestávala so Shenangom. Ďalším bodom jej poslania je pomáhať komunitám budovať na vedomostiach a nástrojoch, ktoré získajú vďaka spolupráci s vedcami CMU. A Pittsburgh je tým, čím je, stále trochu v zovretí svojich odkazov v oceliarskom veku, Shenango nie je jediná vec, ktorá udivuje.

Zadajte aplikáciu Smell Pittsburgh, aplikáciu, ktorá vyšla z práce CREATE Lab's Shenango. Aplikácia, ktorá sa stále vyvíja a je navrhnutá ako nástroj, ktorý by sa mohol nakoniec použiť v ktoromkoľvek meste v štáte, umožňuje obyvateľom označovať nepríjemné zápachy životného prostredia, ktoré sú zaznamenávané v aplikácii a hlásené miestnemu zdravotníckemu oddeleniu. Po prihlásení sa v aplikácii zobrazí mapa, ktorá zobrazuje ďalšie hlásenia zápachu z toho istého dňa a času.

Mark Dixon, dokumentárny a priemyselný inžinier so sídlom v Pittsburghu, opísal aplikáciu ako spôsob, ako motivovať ľudí, aby sa zapojili do niečoho, čo by chceli zmeniť o svojom prostredí.

„K dispozícii je toto„ údolie nevoľnosti “, ktoré nastane, keď nahlásite problémy a nič sa nestane, “ povedal Dixon. „Táto aplikácia urýchľuje ľudí týmto údolím - a prvá vec, ktorú vidia, je, že nie sú sami. Navyše môžu skutočne vidieť rozsah problému.“

Dixon sa snaží stavať na použiteľnosti aplikácie. Jeden projekt zahŕňal vývoj algoritmu, ktorý kombinuje správy Smell Pittsburghu a údaje Národnej meteorologickej služby s cieľom vyskúšať a predpovedať nadchádzajúce # stinburské dni, keď sú označené na Twitteri. Po dosiahnutí približne 75-percentnej úspešnosti v priebehu 10-dňového testovacieho obdobia Dixon zdieľal svoje informácie so skupinou miestnych geekov údajov vrátane vývojára Smell Pittsburghu. V budúcich verziách aplikácie sa preto môže objaviť schopnosť spoľahlivejšie predpovedať nepriaznivé letecké dni.

Predikcia je tiež jedným z cieľov inej aplikácie, Mosquito Habitat Mapper. Cieľom aplikácie, ktorá bola založená v júni 2017 Inštitútom pre globálne environmentálne stratégie (IGES) v spolupráci s NASA, je identifikovať a odstrániť nebezpečné prostredie komárov.

Aplikácia, ktorá už bola testovaná v Barbude, Peru a Čile, trénuje ľudí, aby identifikovali larvy komárov, ktoré nájdu, odfotili obrázok a odstránili stojatú vodu, a tiež zaznamenali čas, umiestnenie, dátum a miestne environmentálne podmienky do databázy aplikácie. K dnešnému dňu projekt nazhromaždil okolo 1 500 údajových bodov - zatiaľ to nestačí na vykonanie akýchkoľvek zmysluplných predpovedí. Dúfame však, že z dlhodobého hľadiska môže akumulácia lepších údajov zo zeme na miestach, kde je ochorenie prenášané komármi vážnym problémom v oblasti verejného zdravia, pomôcť spresniť predikčné modely, ktoré v súčasnosti vychádzajú z údajov o počasí a klíme zhromaždených satelitmi., „Je toho veľa, čo nevieme o tom, ako komáre reagujú na mikroklímy, “ uviedol Rusty Low, vedecký pracovník IGES, ktorý stál na čele vývoja aplikácie. „Hľadáme subregionálne, pomocné nástroje, ktoré môžu zdravotnícki pracovníci a komunity používať na lepšie pochopenie rizika ochorenia.“

V Baltimore by doktorandka Johns Hopkins, doktorka Anny Scottová, mohla tiež poskytnúť mestským plánovačom viac práce s plánovaním zdravých miest v teplej budúcnosti. Scottove kocky, ktoré vznikli ako výsledok jej štúdií mestského tepla, sú vybavené senzormi založenými na Arduino na meranie teploty, vlhkosti, ozónu, oxidu dusičitého, oxidu siričitého a sírovodíka. Päťdesiat kociek je rozmiestnených na 25 miestach po celom meste a Scott dúfa, že ich viac v lete tohto roku.

(Foto: Anna Scott)

Podľa údajov z prvého monitorovania sa ukázalo, že väčší počet malých zelených plôch, napríklad vreckové parky, by mohol byť na znižovanie teplôt v meste lepší ako niekoľko veľkých parkov, tvrdí Kristin Baja, bývalý plánovač odolnosti v Baltimore. Táto informácia by mohla posunúť vnímanie voľných miest v meste 16 000 z blaženosti na prospešné.

V štvrti Baltimore (Turner Station) je Larry Bannerman hostiteľom dvoch Scottových kociek. Jeho prevažne africko-americké spoločenstvo má skúsenosti s bojom proti miestnym znečisťujúcim látkam a agitáciou za ochranu. Povedal, že je šťastný, že má v balíčku ďalšiu kartu, ak ju bude potrebovať.

„Budeme mať krištáľovo jasný obraz toho, čo je vo vzduchu, “ povedal. „Táto znalosť v našom vrecku bude našim najväčším prínosom, ak potrebujeme vykonať nejaké zmeny.“

Pohľad z vesmíru

Podľa názoru Johna Amosa budú prispievatelia občanov kľúčom k riešeniu problému, ktorý má často na mysli: zvýšenie použiteľnosti veľkého množstva vizuálnych údajov.

Nezisk, ktorý založil, SkyTruth, použil analýzu satelitných snímok, aby ukázal, že únik ropy Deepwater Horizon v roku 2010 bol väčší ako verejne odhadované odhady spoločnosti BP. Hoci skupina naďalej používa ľudské oči na sledovanie satelitných snímok z hľadiska dopadov na životné prostredie spôsobených únikom, povrchovou ťažbou a inou priemyselnou činnosťou, SkyTruth v súčasnosti pracuje na pridávaní umelej inteligencie, strojového učenia a veľkých údajov do zmesi.

SkyTruth Alerts je služba, ktorú si používatelia môžu zaregistrovať, aby dostali upozornenie na určité zmeny životného prostredia v konkrétnej oblasti - napríklad nové povolenie na ťažbu plynu, porušenie povolenia alebo správu o úniku chemikálie alebo úniku zemného plynu. Výstrahy, ktoré boli pôvodne vyvinuté ako interný nástroj, sa v súčasnosti vyskytujú iba v prípade spravodajských miest pobrežnej stráže a ministerstva životného prostredia. Aktuálnymi používateľmi tohto nástroja je približne 3 000 ľudí.

Cieľom vývoja služby je zahrnúť čoraz viac zdrojov a nástrojov údajov a využívať systémy umelého inteligencie a strojového učenia na porovnávanie nových satelitných snímok popri historických snímkach. S týmito druhmi odkazov môže analýza zistiť zmeny ešte predtým, ako sa nahlásia oficiálnymi kanálmi.

Svätý grál má používateľom umožniť zdieľať svoje vlastné postrehy a varovania, čím vytvára rad spoločenstiev so spoločnými obavami.

V skutočnosti údaje získané z davu, ktoré prispeli používatelia SkyTruth pre samostatný projekt, FrackFinder, viedli k niekoľkým štúdiám, ktoré v roku 2017 prinútili Maryland k zákazu štiepenia. astma a predčasná pôrodnosť. Napriek tomu, že pri štúdiách vychádzal z mnohých zdrojov údajov, neexistovali „žiadne alternatívy“ k údajom, ku ktorým prispeli používatelia SkyTruth.

„Stretli sme sa niekoľkokrát s predstaviteľmi štátu a predstavili naše zistenia a odpovedali na všetky ich otázky, “ uviedol Schwartz. „Niektorým z nich sa v novinách a inde uvádzalo, že hovoria, že„ zdravotné štúdie Johna Hopkinsa “ich nakoniec presvedčili, aby hlasovali za zákaz. Toto sú naše štúdie.“ “

Sila miestneho ľudského pozorovania na zemi v kombinácii so schopnosťou cloud computingu preniesť údaje umožňuje zistiť, ako sa potenciálne problémy odohrávajú v reálnom čase, poznamenal Amos.

„Nie je to len o veciach, ktoré sa už stali, ale aj o veciach, ktoré sa dejú v prostredí skôr, ako o nich niečo viem, aby sme si uvedomili, že sa niečo deje, na čo by sme mali venovať pozornosť, “ uviedol Amos. „Pre mňa je to revitalizácia environmentalizmu založená na technológiách.“

A záujem o využitie vznikajúcich technológií, aby boli jednoducho zvedaví, sa odtiaľ len zvýši, dodal CREATE Lab's Dias.

„Tieto technológie by nemali byť iba v laboratóriách alebo vo vyšších priestoroch, “ uviedla. „Mali by byť prístupní pre bežných ľudí, tvoriť a nielen konzumovať. A myšlienka je taká, že akonáhle sú ľudia plynulejšie v technológii, môžu si z police odobrať každodenné veci a prelomiť niečo, čo pre nich funguje.“