Громадянська наука: спробуйте це вдома

У листопаді 2015 року кілька сотень людей зібралися на зустріч у Бен Ейвоні, мікрорайоні близько 2000 людей, розташованому вздовж річки Огайо на північний захід від Пітсбурга. Як і в попередніх сходах такого роду, мешканці приїхали дізнатись останню інформацію про непрошеного сусіда.

Цим сусідом був коксохімічний завод «Шенанго», вуглепереробний завод, що пронизав один кінець острова прямо навпроти Бена Ейвона. Мешканці давно підозрюють, що викиди заводу регулярно забруднюють повітря настільки, що існувати небезпека. Вони звинувачували в поганому повітрі астму, нудоту, головний біль та безліч інших хвороб, якими вони та їхні родини перенесли. Але в минулому їм бракувало остаточних доказів поза власним досвідом.

Отже, вони знайшли деякі.

Невдовзі після початку зустрічі, з представником Агентства охорони навколишнього природного середовища США, що сидів у першому ряду, комп'ютерний вчений з університету Карнегі Меллон Ренді Сарджент підвівся і почав лунати через сповільнені відео з камер, які допомагали сусідству в точці Шенанго . Знімаючи кадри кожні 5 секунд, 24 години на добу, камери полегшували робити те, що намагалася зробити громада протягом багатьох років: спостерігати за димом.

Відрізнити токсичні хмари від простої пари - це складний бізнес, тому громада звернулась до Саргента, який працює з CREATE Lab (Створена робототехніка, освіта та розширення технологій) КМУ. Він та його колега Єнь-Чіа Хсу розробили алгоритм комп'ютерного зору, щоб виділити поганий тип диму на кожній картині.

Зведене разом із сотень кадрів, отримане відео показало циклічну котушку чорних, коричневих, синіх та помаранчевих хмар за один місяць. У поєднанні з даними про федеральні, місцеві та громади, зібрані за відповідні дні, підозри Бен Ейвона, нарешті, виявилися певними: Шенанго випускав до повітря кількість токсичних речовин п’ять кожні сім днів.

Канал Шенанго

Через місяць компанія DTE Energy оголосила, що закриє свій завод у Shenango, посилаючись на слабкий ринок сталі та відсутність клієнтів. До січня завод випікав останню партію вугілля, і тепер він запланований на знесення.

"Вони сказали, що це економічні питання, але мені цікаво, чи змінився термін зміни через тиск з боку громади", - сказала Беа Діас, директор проекту CREATE Lab. "Алгоритм був інструментом, який надавав своїм голосам більшу вагу, додаткову ногу для вирішення справи. Але техніка не працювала б, якби у неї не було активного співтовариства, яке використовувало б її, люди ставили її перед постійно приймають рішення ».

Група Dias зобов'язана безпосередньо взаємодіяти з громадами для надання їм апаратних, програмних та інших рішень для вирішення їх проблем. Алгоритм комп'ютерного зору виявився особливо потужною реалізацією цього завдання. Але це лише один приклад у галузі, яка за останні роки зазнала приголомшливого зростання: високотехнологічні інструменти для громадянської науки.

Пропуск з повним доступом

Навіть якщо у вас на задньому подвір’ї немає фабрики, що викачує погане повітря, ви все одно можете захопити долучитися до якоїсь громадянської науки, - це дослідження, яке проводять ентузіастичні аматори, самостійно або спільно з професійними вченими. На щастя для вас, є щось для кожного.

Хочете допомогти зібрати дані терабайт даних космічного телескопа, щоб знайти екзопланети та квазари? Поверніться до Zooniverse. Можливо, у вас є на увазі лабораторний проект, але ви не можете дозволити собі обладнання. Нема проблем; роздрукувати деталі з креслення в лабораторії з відкритим кодом Appropedia.

А як щодо якоїсь саморобної біології? Місцеві біопростори, такі як BioCurious в Санта-Кларі, Каліфорнія, або Балтіморський підземний науковий простір у штаті Меріленд, можуть консультувати та допомагати в проектах, починаючи від вилучення ДНК до друку клітинних культур.

Захоплення проектами та інформацією про натовп є двома основними професіями громадянської науки, і головним стимулом для неї є розширення можливостей.

"Ця остання епоха федеральної дерегуляції просвічує увагу на недостатність та прогалини в нагляді, і коли ми не можемо покластися на втручання уряду, ми мусимо покластися на себе", - сказав Гретхен Герке, управитель з даних та адвокації в Public Lab. Але доступ до необхідних інструментів для цієї роботи може бути складним завданням, - додала вона.

"Доступ" часто просто означає "здешевлення речі". Завдяки постійно зростаючій вартості датчиків та мікроконтролерів, доступу до супутникових даних та готовності інших обмінятися технічною експертизою, складні інструменти, що були доступні лише інституційним дослідникам, зараз у руках тих, хто хоче їх.

(Фото: Ендрю Талер)

Розглянемо моделі спектрометра на основі Raspberry Pi, розміщені на сторінках спільноти Public Lab. Спектрометри використовують для визначення інформації про предмет або речовини за допомогою аналізу його світлових властивостей. Комерційна ручна версія працює близько 1500 доларів; об'ємний робочий коник у лабораторії - це в п’ять разів більше. Або, маючи невеликі вказівки, ви зможете створити для себе приблизно 70 доларів.

Інший піонер громадянина-наука - Ендрю Талер (на фото нижче), дослідник глибоководного моря та консультант з морської екології, який почав «Океанографію для всіх» через бар'єри у доступі. Заявлена ​​мета організації: «Розширення можливостей дослідників, викладачів та вчених-громадян через недорогий апарат із відкритим кодом».

Основним інструментом, який Талер працював над розробкою, був КТД, який застосовувався в океанографії для вимірювання провідності (солоності), температури та тиску. Це важливий інструмент для вивчення та розуміння водного середовища, але якщо ви хочете, будьте готові роздрібнити мінімум понад 6000 доларів, до десятків тисяч.

(Фото: Ендрю Талер)

Маючи багато терпіння та співпраці з друзями та колегами, Талер розробив CDT за 300 доларів. Найдорожчим компонентом є сам датчик, який працює майже на 200 доларів. Проте протестований разом із пристроєм, який коштував у 200 разів дорожче, CTD Талера повернув дані в межах 2-відсоткових помилок більш дорогого пристрою.

"Все більш актуальною є необхідність нагадувати вченим, що вони також є громадянами", - сказав Талер. "Звичайно, у вас може бути доступ до масштабного грантового дослідження, і ви можете придбати комерційну одиницю на $ 60 000. Але це величезний бар'єр для вступу для груп громад, які хочуть стежити за власними водними шляхами. Якщо також почати підтримувати програми, які складають цю саму частину обладнання дешевше, набагато більше науки робиться ".

Доступ до інструментів моніторингу та робототехніки допоміг хоча б одному морському співтовариству досягти головної мети. У Мексиці кілька рибальських сіл використовували Open ROV - ту саму платформу робототехніки з відкритим кодом, яку Талер використовує у своїх навчальних програмах, щоб проводити опитування агрегатів для нересту насадки в Нассау. Окунь є ключовою рифовою рибою, а також життєво важливим комерційним видом, і громада створила морську природоохоронну зону, щоб захистити її від знищення браконьєрами.

(Фото: Michelle Z. Donahue)

Прогнозування проблем

У Пітсбурзі лабораторія CREATE не зупинилась із Шенанго. Ще одним завданням його місії є допомога громадам розвивати знання та інструменти, які вони отримують, працюючи з науковцями КМУ. А Пітсбург, будучи таким, яким він є, все ще дещо захоплюється його сталевими віками, Шенанго - не єдине, що справляє сморід.

Увійдіть у «Smell Pittsburgh», додаток, який вийшов із роботи «Шенанго» CREATE Lab. Досі перебуває на стадії розробки та розглядався як інструмент, який згодом може бути використаний у будь-якому місті країни, додаток дозволяє мешканцям відзначати образливі запахи навколишнього середовища, які заносяться у додаток, а також повідомляються в місцевий відділ охорони здоров’я. Після входу в додаток відображається карта, на якій відображаються будь-які інші звіти про запах за той самий день і час.

Марк Діксон, засновник пітсбурзького документаліста та промислового інженера, описав додаток як спосіб мотивувати людей займатися чимось, що вони хочуть змінити у своєму оточенні.

"Є ця" долина нездужання ", яка виникає, коли ви повідомляєте про проблеми, і нічого не відбувається", - сказав Діксон. "Цей додаток прискорює людей через цю долину. І перше, що вони бачать, це те, що вони не самотні. Плюс, вони дійсно можуть побачити масштаб проблеми".

Dixon працює над створенням зручності роботи програми. Один проект передбачав розробку алгоритму, який поєднує в собі звіти Smell Pittsburgh та дані Національної служби погоди, щоб спробувати передбачити майбутні дні #Stinkburgh, як вони позначені у Twitter. Після досягнення приблизно 75-відсоткової успішності протягом 10-денного тестового періоду, Діксон поділився своєю інформацією з групою місцевих видовищ даних, включаючи розробника Smell Pittsburgh. Як наслідок, у наступних версіях програми може з’явитися можливість надійніше прогнозувати погані дні повітря.

Прогнозування також є однією метою іншого типу додатків, комарів Хабітат Mapper. Запущений у червні 2017 року Інститутом глобальних екологічних стратегій (IGES) у партнерстві з NASA, програма спрямована на виявлення та усунення небезпечних середовищ існування комарів.

Програма, що вже перевірена в Барбуді, Перу та Чилі, додаток навчає людей визначати знайдених личинок комарів, робити знімки та видаляти стоячу воду, а також реєструвати час, місце розташування, дату та місцеві екологічні умови в базі даних програми. На сьогоднішній день проект накопичив близько 1500 точок даних - ще недостатньо, щоб зробити якісь значущі прогнози. Але сподіваємось, що в довгостроковій перспективі накопичення кращих даних з місця в місцях, де хвороба комарів є серйозним питанням охорони здоров'я, може допомогти вдосконалити моделі прогнозування, які наразі ґрунтуються на даних погоди та клімату, зібраних супутниками .

"Ми багато чого не знаємо про те, як комари реагують на мікроклімат", - сказала Расті Лоу, старший вчений IGES, який очолив розробку програми. "Ми шукаємо субрегіональні, субсезонні інструменти, які можуть використовуватись медичними працівниками та громадськими громадами, щоб краще зрозуміти ризик захворювання".

У Балтиморі студентка доктора Джонса Хопкінса Анна Скотт може також дати міським планувальникам більше працювати, коли справа стосується планування здорових міст у тепліше майбутнє. Кубики Скотта, які виникли як результат її досліджень міського тепла, оснащені датчиками на основі Arduino для вимірювання температури, вологості, озону, діоксиду азоту, діоксиду сірки та сірководню. П'ятдесят кубів розгорнуто на 25 майданчиках по всьому місту, і Скотт сподівається викласти їх більше цього літа.

(Фото: Анна Скотт)

Дані раннього моніторингу показали, що більша кількість маленьких зелених насаджень, таких як кишенькові парки, можуть бути кращими для зниження температури по всьому місту, ніж декілька великих парків, за словами Крістін Баджа, колишнього планувальника кліматичної стійкості в Балтіморі. Ця інформація може перенести сприйняття 16000 вакантних партій міста з легкої на корисну.

У мікрорайоні станції Тернір Балтімора Ларрі Баннерман приймає два кубики Скотта. Його афро-американська спільнота має досвід боротьби з місцевими забруднювачами та агітацією за захист. Він сказав, що радий мати додаткову карту в своїй колоді, якщо вона буде потрібна.

"У нас буде кристально чітка картина того, що знаходиться в нашому повітрі", - сказав він. "Ці знання в нашій кишені стануть нашим найбільшим надбанням, якщо нам потрібно внести якісь зміни".

Погляд з космосу

На думку Джона Амоса, учасники громадян стануть ключовими для вирішення проблеми, яка часто виникає на увазі: зробивши величезну кількість візуальних даних більш корисними.

Некомерційний засновник, який він заснував, SkyTruth, використовував аналіз супутникових знімків, щоб показати, що розлив нафти Deepwater Horizon у 2010 році був більшим, ніж публічно заявлені оцінки BP. Хоча група продовжує використовувати людські очі для моніторингу супутникових знімків для впливу на навколишнє середовище від розливів, видобутку поверхні та іншої промислової діяльності, SkyTruth зараз працює над додаванням штучного інтелекту, машинного навчання та великих даних у суміш.

SkyTruth Alerts - це послуга, яку користувачі можуть зареєструвати, щоб отримувати сповіщення про певні зміни навколишнього середовища в певній місцевості - сказати про новий дозвіл на буріння газу, порушення дозволу або повідомлення про хімічний розлив або витік природного газу. Спочатку розроблений як внутрішній інструмент, сповіщення в даний час скребли з берегової охорони та державних екологічних департаментів звітів. Близько 3000 людей є поточними користувачами цього інструменту.

Еволюція послуги має на меті включити все більше джерел даних та інструментів, а також використовувати системи AI та машинного навчання для порівняння нових супутникових знімків поряд із історичними зображеннями. За допомогою таких видів посилань аналіз може виявити зміни ще до того, як вони повідомляються через офіційні канали.

Святий Грааль - це можливість дозволити користувачам ділитися власними спостереженнями та попередженнями, створюючи тим самим коло спільних проблем.

Насправді, натовпи даних, внесені користувачами SkyTruth для окремого проекту, FrackFinder, призвели до декількох досліджень, які підштовхнули Меріленд до заборони фракціонування в 2017 році. Дослідник громадського здоров'я Джонс Хопкінс Брайан Шварц розглядав декілька наслідків для здоров'я, що живуть поблизу колодязних свердловин, в т.ч. астма та передчасна народжуваність. Хоча він звертався до багатьох джерел даних для цих досліджень, не було "альтернатив" типу даних, до яких вносили користувачі SkyTruth, сказав він.

"Ми кілька разів зустрічалися з державними обранцями, презентували свої висновки та відповідали на всі їхні питання", - сказав Шварц. "Про деякі з них, як повідомлялося, у газетах та інших місцях, було сказано, що" дослідження здоров'я Джона Хопкінса "нарешті переконали їх проголосувати за заборону. Це наші дослідження".

Сила місцевого спостереження за місцем людини в поєднанні з обробкою даних хмарних обчислень дає можливість побачити потенційні проблеми, що розгортаються в реальному часі, зазначив Амос.

"Це не лише про речі, що вже відбулися, але і про речі, що відбуваються в навколишньому середовищі, перш ніж щось про це знати, щоб бути усвідомленим, що щось відбувається, на що нам слід звернути увагу", - сказав Амос. "Для мене це технічне, породне пожвавлення екологізму".

І інтерес до використання нової технології просто цікаво буде тільки зростати звідси, додав CREATE Lab's Dias.

"Такі технології не повинні бути лише в лабораторіях або на просторах", - сказала вона. "Вони повинні бути доступними для повсякденних людей, створювати, а не просто споживати. І ідея полягає в тому, що коли люди будуть більш вільно володіти технологіями, вони зможуть зняти повсякденні речі з полиці і зламати щось разом, що для них працює".