Roboter sortieren Fossilien für den Klimawandel North Carolina State University Colorado Boulder

Stellen Sie sich vor, es gibt zehn verschiedene Arten von Muscheln, die jeweils die Größe eines Sandkorns haben und in die Schüssel mit Schlamm vor Ihnen gemischt werden. Sie möchten jeden einzelnen Muscheltyp finden - was machen Sie?

Für Paläozeanographen, die sich mit der Geschichte der Ozeane beschäftigen, ist diese lächerliche Frage ein großer Teil ihrer Forschung. Und seit 60 Jahren betrachten sie die Mischung unter einem Mikroskop und verwenden einen Pinsel, um Muscheln einzeln zu sortieren. Aber eine Gruppe von Wissenschaftlern versucht, den Prozess zu automatisieren und die Paläozeanographen zu befreien, um mehr Zeit damit zu verbringen, die mikroskopisch kleinen Muschelfossilien namens Foraminiferen zu analysieren, die die Rolle des Ozeans im Klimawandel klären können.

Als Ritayan Mitra, ein Geowissenschaftler an der Universität von Colorado-Boulder, seine Frau in einem Paläozeanographielabor besuchte, war er entsetzt darüber, wie anstrengend das Foraminiferen von Hand sortiert wurde. Da die Spezies auf verschiedene Weise mit Licht interagiert, hat sie sie nicht nur von Hand abgestaubt, sondern auch die Lichtquelle an ihrem Mikroskop ständig bewegt, um die Schalen herauszufinden. Mitra fertigte einen Prototyp an und platzierte einen LED-Ring um das Ende des Oszilloskops, der automatisch angepasst werden konnte, um unterschiedliche Lichtwinkel zu erzielen. Schließlich traf er das Ende seiner Robotikfähigkeiten.

"Ich bin nicht der Robotik-Typ, auch nicht der Ozeanograf. Ich habe gerade ein Problem gesehen und wollte eine Lösung finden", sagt er. Um das Problem zu lösen, brauchte er beides.

Also wandte er sich an Edgar Lobaton, einen Elektroingenieur an der North Carolina State University, wo Mitra sich damals befand. Die Forscher haben versucht, das Sortieren der winzigen Schalen vorher zu automatisieren. Lobaton stellte sich der Herausforderung und schrieb die Zuschüsse, die diese multidisziplinäre Zusammenarbeit ermöglichen würden. Anstatt zu versuchen, einen Computer zu finden, um alle möglichen Bilder aller Foraminiferenarten zu identifizieren (was die Leute in der Vergangenheit mit neuronalen Netzen versucht haben), wird sein Team den Computer darin trainieren, nur die halben Dutzend Foraminiferenarten regelmäßig zu erkennen in der Forschung verwendet. (Dies reduziert die Rechenlast.)

Lobaton hat auch eine Geheimwaffe, dank Mitra - Tom Marchitto, einem Paläo-Meeresforscher an der University of Colorado-Boulder, an dem Projekt. Wenn Lobaton und sein Labor Anfang August Marchitto zum ersten Mal besuchen, erhalten sie einen Crash-Kurs in Paläozeanographie. "Wir werden Foraminifera gemeinsam betrachten", sagt Marchitto. Dabei hofft er, einiges Wissen darüber zu vermitteln, wie Menschen entscheiden, welche Muscheln welche Art sind. Daraus sagt Marchitto: "Hoffentlich können wir diese Entscheidungen auf ein Netzwerk künstlicher Intelligenz übertragen, das dies automatisch tun kann."

Derzeit verbringen Paläozeanographen einen großen Teil ihrer Zeit damit, Proben zu sortieren. Da die Arten unterschiedliche Nährstoffe und Temperaturen bevorzugen, stammen einige ihrer Daten über die Bedingungen der alten Ozeane aus den Anteilen verschiedener Arten, die zu verschiedenen Zeiten gefunden wurden. Wenn die Sortierung automatisiert ist, werden diese Daten exponentiell schneller erfasst als jetzt. Es würde den Forschern auch die Freiheit geben, die chemische Zusammensetzung der fossilen Muscheln zu analysieren. Foraminiferen wurden seit Millionen von Jahren in den Ozeanen gefunden, so dass ihre chemischen Veränderungen im Laufe der Zeit ein Fenster in das vergangene Meeresklima sind.

Der erste Schritt für die Forscher in den nächsten zwei Jahren ist das Entwerfen der Identifikationssoftware. Wenn das gut geht, hat Lobaton Pläne für Roboterarme, die die Spezies tatsächlich aussortieren können. Einem Computer beizubringen, das von Ihnen gewünschte mikroskopische Fossil in einem Haufen mikroskopischer Fossilien zu finden, ist eine unmöglich klingende Aufgabe. Aber wenn sie Erfolg haben können, könnten wir einen Anstieg der Informationen über die alten Ozeane sehen, wie wir sie noch nie gesehen haben. Und für mikroskopisch kleine fossile Granaten ist das ziemlich cool.