Občanská věda: zkuste to doma

V listopadu 2015 se sešlo několik set lidí na setkání v Ben Avonu, sousedství asi 2 000 lidí, uhnízděných podél řeky Ohio severozápadně od Pittsburghu. Stejně jako u předchozích shromáždění tohoto druhu se obyvatelé dozvěděli nejnovější informace o nevítaném sousedovi.

Tím sousedem byla továrna na koks Shenango, závod na zpracování uhlí, který obkličoval jeden konec ostrova přímo naproti Ben Avon. Obyvatelé už dlouho měli podezření, že emise elektrárny pravidelně znečišťují ovzduší do té míry, že zde existuje nebezpečí pro život. Obviňovali špatný vzduch z astmatu, nevolnosti, bolesti hlavy a nesčetných dalších nemocí, které oni a jejich rodiny utrpěli. Ale v minulosti jim chyběly definitivní důkazy, mimo jejich vlastní zkušenosti.

Něco tak našli.

Nedlouho poté, co setkání začalo, v přední řadě seděl zástupce americké agentury na ochranu životního prostředí, počítačový vědec Carnegie Mellon University Randy Sargent vstal a začal se natáčet prostřednictvím časosběrných videí z kamer, které pomáhal sousednímu bodu směřovat na Shenango.. Pořizováním snímků každých 5 sekund, 24 hodin denně, kamery usnadnily dělat to, co se komunita v průběhu let pokusila udělat: sledujte kouř.

Rozlišovat toxické mraky od pouhé páry je obtížné podnikání, a tak se komunita obrátila na Sargent, který pracuje z laboratoře CREATE Laboratoře CMU (Community Robotics, Education a Technology Empowerment). On a kolega Yen-Chia Hsu vyvinuli algoritmus počítačového vidění, aby na každém obrázku vybrali špatné typy kouře.

Výsledné video poskládané dohromady ze stovek rámečků ukázalo smyčkovou cívku černých, hnědých, modrých a oranžových mraků z jednoho měsíce. Ve dvojici s údaji o federálních, místních a komunitních senzorech shromážděných z odpovídajících dnů se podezření Ben Avona zdálo, že najde nějaké základy: Shenango uvolňuje do vzduchu pět toxických látek do vzduchu pět z každých sedmi dnů.

Kanál Shenango

O měsíc později společnost DTE Energy oznámila, že uzavře své zařízení Shenango a uvede slabý trh s ocelí a nedostatek zákazníků. V lednu tato rostlina vypálila svou poslední dávku uhlí a nyní je připravena k demolici.

„Říkali, že se jednalo o ekonomické otázky, ale zajímalo by mě, jestli se časová osa změnila kvůli tlaku ze strany komunity, “ řekla Bea Dias, projektová ředitelka CREATE Lab. "Algoritmus byl nástrojem, který dal jejich hlasům větší váhu, další noha, aby vytvořili případ. Ale tato technologie by nefungovala, kdyby neměla aktivní komunitu, která by ji používala, lidé ji postavili před tvůrci rozhodnutí neustále. ““

Skupina Dias je pověřena přímým jednáním s komunitami, aby jim poskytla hardware, software a další řešení k řešení jejich problémů. Algoritmus počítačového vidění se ukázal jako zvláště výkonná realizace tohoto mandátu. Je to však pouze jeden příklad v oblasti, která v posledních letech zažila ohromující růst: špičkové nástroje pro občanskou vědu.

All-Access Pass

I když nemáte na zahradě dvorek, který by čerpal špatný vzduch, možná se budete chtít zapojit do nějakého druhu občanské vědy - což je výzkum prováděný nadšenými amatéry, buď samostatně, nebo ve shodě s profesionálními vědci. Naštěstí pro vás existuje něco pro každého.

Chcete pomoci s výběrem terabajtů dat kosmického dalekohledu a najít exoplanety a kvasary? Vydejte se k Zooniverse. Možná máte na mysli laboratorní projekt, ale vybavení si nemůžete dovolit. Žádný problém; vytiskněte části z plánu v laboratoři Appropedia Open-source Lab.

A co biologie pro kutily? Místní bioprostory, jako je BioCurious v Santa Claře v Kalifornii nebo Baltimore Underground Science Space v Marylandu, mohou radit a pomáhat s projekty od extrakce DNA po tisk buněčných kultur.

Ovládání projektů a získávání údajů o davu jsou dvě z hlavních profesí občanské vědy a hlavním stimulem je posílení postavení.

"Tato nedávná éra federální deregulace ukazuje na nedostatky a mezery ve dohledu, a když se nemůžeme spolehnout na vládní intervence, musíme se spoléhat na sebe, " řekla Gretchen Gehrke, správce údajů a advokacie u Public Lab. Přístup k nezbytným nástrojům pro tuto práci však může být výzvou, dodala.

„Přístup“ se často jednoduše promítá do „zlevnění věcí“. Díky neustále se snižujícím nákladům na senzory a mikrokontroléry, přístup k satelitním datům a ochotu ostatních sdílet technické znalosti, jsou nyní sofistikované nástroje, které jsou k dispozici pouze institucionálním vědcům, v rukou kohokoli, kdo je chce.

(Foto: Andrew Thaler)

Zvažte návrhy spektrometrů založených na Raspberry Pi hostovaných komunitními stránkami veřejné laboratoře. Spektrometry se používají k určení informací o předmětu nebo látkách prostřednictvím analýzy jeho světelných vlastností. Komerční ruční verze běží kolem 1 500 $; objemný laboratorní pracovní kůň je pětkrát. Nebo s trochou vedení si můžete jednu postavit pro sebe za zhruba 70 $.

Dalším průkopníkem v oblasti občanských věd je Andrew Thaler (na obrázku níže), výzkumník hlubinného moře a konzultant mořské ekologie, který zahájil oceánografii pro všechny kvůli překážkám v přístupu. Uvedený cíl organizace: „Posílení postavení výzkumných pracovníků, pedagogů a občanských vědců prostřednictvím levného hardwaru s otevřeným zdrojovým kódem.“

Hlavním nástrojem, na kterém Thaler pracoval, bylo CTD, používané v oceánografii k měření vodivosti (slanosti), teploty a tlaku. Je to základní nástroj pro studium a pochopení vodního prostředí - ale pokud chcete, připravte se na rozvětvení minimálně 6 000 $, až do desítek tisíc.

(Foto: Andrew Thaler)

Thaler se spoustou trpělivosti a spolupráce s přáteli a kolegy vyvinul CDT za 300 $. Nejdražší komponentou je samotný senzor, který provozuje téměř 200 USD. Thalerova CTD byla testována vedle zařízení, které stálo 200krát více, a vrátila data v rámci 2 procentního rozpětí chyby dražší jednotky.

"Stále více je třeba připomínat vědcům, že jsou také občany, " řekl Thaler. „Jistě, možná budete mít přístup k masivnímu grantu na výzkum a můžete si koupit komerční jednotku ve výši 60 000 dolarů. Ale to je obrovská překážka pro vstup do komunitních skupin, které chtějí sledovat své vlastní vodní cesty. Pokud také začnou podporovat programy, které dělají stejný kus zařízení levnější, mnohem více vědy se udělá."

Přístup k monitorovacím a robotickým nástrojům pomohl alespoň jedné námořní komunitě dosáhnout hlavního cíle. V Mexiku několik rybářských vesnic použilo Open ROV, stejnou platformu robotických robotů s otevřeným zdrojem, kterou Thaler používá ve svých výcvikových programech, k provádění průzkumů agregací tření Nassau Grouper. Grouper je klíčová útesová ryba i životně důležitý komerční druh a komunita vytvořila chráněnou mořskou oblast, která ji chrání před vyhazováním pytláky.

(Foto: Michelle Z. Donahue)

Předpovídání problémů

V Pittsburghu CREATE Lab nekončila se Shenangem. Dalším bodem jejího poslání je pomáhat komunitám stavět na znalostech a nástrojích, které získají díky práci s vědci CMU. A když je Pittsburgh tím, čím je, stále poněkud v sevření svých dědictví z oceli, Shenango není jediná věc, která dělá zápach.

Zadejte Smell Pittsburgh, aplikaci, která vyšla z práce CREATE Lab's Shenango. Aplikace je stále ve vývoji a je považována za nástroj, který by mohl být nakonec použit v jakémkoli městě v zemi. Umožňuje obyvatelům označit nepříjemné pachy prostředí, které jsou v aplikaci zaznamenány a nahlášeny místnímu zdravotnickému oddělení. Po přihlášení aplikace zobrazí mapu, která zobrazuje všechny další zprávy o vůni ze stejného dne a času.

Mark Dixon, dokumentární a průmyslový technik z Pittsburghu, popsal aplikaci jako způsob, jak motivovat lidi, aby se zapojili do něčeho, co by chtěli změnit ve svém prostředí.

„K tomuto„ údolí malátnosti “dochází, když hlásíte problémy a nic se neděje, “ řekl Dixon. "Tato aplikace urychluje lidi tím údolím - a první věc, kterou vidí, je, že nejsou sami. Navíc mohou skutečně vidět rozsah problému."

Dixon se snaží stavět na použitelnosti aplikace. Jeden projekt zahrnoval vývoj algoritmu, který kombinuje zprávy Smell Pittsburghu a data National Weather Service a snaží se předpovídat nadcházející #Stinkburgh dny, protože jsou označeny na Twitteru. Po dosažení zhruba 75 procent úspěšnosti během 10denního zkušebního období Dixon sdílel své informace se skupinou místních geeků s daty, včetně vývojáře Smell Pittsburghu. Výsledkem je, že v budoucích verzích aplikace bude možné spolehlivěji předpovídat špatné letecké dny.

Predikce je také jedním z cílů jiné aplikace, Mosquito Habitat Mapper. Cílem aplikace, která byla spuštěna v červnu 2017 Institutem pro globální environmentální strategie (IGES) ve spolupráci s NASA, je identifikovat a odstranit nebezpečné stanoviště komárů.

Tato aplikace, která již byla testována v Barbudě, Peru a Chile, školí lidi, aby identifikovali larvy komárů, které najdou, vyfotografují obrázek a odstraní stojatou vodu, a také zaznamenají čas, umístění, datum a místní podmínky prostředí do databáze aplikace. K dnešnímu dni se nashromáždilo kolem 1 500 datových bodů - zatím to nestačí k vytvoření smysluplných předpovědí. Doufáme však, že v dlouhodobém horizontu může nahromadění lepších údajů ze země v místech, kde je chorobou přenášenou komáry závažná otázka veřejného zdraví, pomoci zpřesnit predikční modely, které v současné době vycházejí z údajů o počasí a klimatu shromážděných satelity..

„O tom, jak komáři reagují na mikroklima, toho není mnoho, “ řekl Rusty Low, vedoucí vědec IGES, který stál v čele vývoje aplikace. "Hledáme subregionální, podpůrné nástroje, které mohou pracovníci veřejného zdravotnictví a komunity použít k lepšímu pochopení jejich rizika onemocnění."

V Baltimoru mohla doktorská studentka Johna Hopkinse Anny Scott's Weather Cubes také dát městským plánovačům více práce s tím, co se týká plánování zdravých měst v teplejší budoucnosti. Scottovy kostky, které vznikly jako výsledek jejích studií městského tepla, jsou vybaveny senzory na bázi Arduino pro měření teploty, vlhkosti, ozonu, oxidu dusičitého, oxidu siřičitého a sirovodíku. Padesát krychlí je rozmístěno na 25 místech po celém městě a Scott doufá, že jich letos v létě vyloží další.

(Foto: Anna Scott)

Podle údajů z časného sledování bylo podle Kristina Baja, bývalého plánovače odolnosti vůči klimatickým změnám v Baltimoru, lepší pro snížení teplot ve městě větší počet malých zelených ploch, jako jsou kapesní parky, než několik velkých parků. Tyto informace by mohly přesunout vnímání 16 000 volných míst ve městě z plísní na prospěšné.

V sousedství baltimorského nádraží Turner hostí Larry Bannerman dvě Scottovy kostky. Jeho převážně afroamerická komunita má zkušenosti s bojováním s místními znečišťovateli a agitací za ochranu. Řekl, že je šťastný, že má v balíčku další kartu, kdyby ji potřeboval.

„Budeme mít křišťálově jasný obraz toho, co je ve vzduchu, “ řekl. "Tato znalost v naší kapse bude naším největším přínosem, pokud potřebujeme provést nějaké změny."

Pohled z vesmíru

Podle názoru Johna Amose budou přispěvatelé občanů klíčem k řešení problému, který má na mysli často: větší využití vizuálních dat.

Nezisk, který založil, SkyTruth, použil analýzu satelitních snímků, aby ukázal, že únik ropy Deepwater Horizon v roce 2010 byl větší než veřejně stanovené odhady společnosti BP. Přestože skupina nadále používá lidské oči ke sledování satelitních snímků z hlediska dopadů na životní prostředí způsobených úniky, povrchovou těžbou a jinými průmyslovými činnostmi, SkyTruth v současné době pracuje na přidávání umělé inteligence, strojového učení a velkých dat do směsi.

SkyTruth Alerts je služba, kterou si uživatelé mohou zaregistrovat, aby byli informováni o určitých změnách životního prostředí v určité oblasti - řekněme o novém povolení k vrtání plynu, porušení povolení nebo o hlášení úniku chemikálie nebo zemního plynu. Upozornění, která byla původně vyvinuta jako interní nástroj, jsou v současné době naškrábána zpravodajskými místy pobřežní stráže a státu. Aktuální uživatelé tohoto nástroje jsou přibližně 3 000 lidí.

Cílem této služby je zahrnout stále více zdrojů a nástrojů dat a používat systémy umělé inteligence a strojového učení k porovnání nových satelitních snímků vedle historických snímků. S těmito druhy odkazů může analýza odhalit změny ještě předtím, než jsou nahlášeny oficiálními kanály.

Svatý grál má umožnit uživatelům sdílet své vlastní postřehy a varování, čímž vytváří řadu komunit se sdílenými obavami.

Ve skutečnosti data získaná z davu, která přispěli uživatelé SkyTruth, pro samostatný projekt, FrackFinder, vyústila v několik studií, které v roce 2017 donutily Maryland zakázat fracking. astma a předčasná porodnost. Ačkoli pro studie čerpal z mnoha zdrojů dat, neexistovaly „žádné alternativy“ k druhům dat, ke kterým přispěli uživatelé SkyTruth.

"Několikrát jsme se setkali se státem volenými funkcionáři a prezentovali naše zjištění a zodpověděli všechny jejich otázky, " řekl Schwartz. „Někteří z nich byli v novinových příbězích a kdekoli jinde uvedeni, že říkali, že„ zdravotní studie Johns Hopkinsové “je nakonec přesvědčili, aby hlasovali pro zákaz. To jsou naše studie.“

Síla místního lidského pozorování na zemi v kombinaci s datovými schopnostmi cloud computingu umožňuje vidět potenciální problémy rozvíjející se v reálném čase, poznamenal Amos.

„Nejde jen o věci, které se již staly, ale také o věci, které se dějí v životním prostředí dříve, než o nich něco víme, abychom si byli vědomi toho, že se něco děje, abychom měli věnovat pozornost, “ řekl Amos. "To je pro mě technologicky řízená revoluce environmentalismu."

A zájem o využití nově vznikajících technologií, aby byli jednoduše zvědaví, odtud vzroste, dodal CREATE Lab's Dias.

„Tyto technologie by neměly být pouze v laboratořích nebo ve vyšších prostorech, “ řekla. "Měli by být přístupní běžným lidem, vytvářet, a nejen je spotřebovávat. A myšlenka je taková, že jakmile budou lidé plynuleji v technice, mohou si z police odnést každodenní věci a nabourat něco společného, ​​co pro ně funguje."