Robots Sortera Fossiler för Klimatförändring North Carolina State University Colorado Boulder

Tänk dig att det finns tio olika typer av skal, vardera storleken på ett sandkorn, blandat i skålen av leran framför dig. Du vill hitta varje typ av enskilt skal - vad gör du?

För paleoceanographers som studerar oceanernas historia är denna löjliga fråga en stor del av sin forskning. Och i 60 år har de tittat på blandningen under ett mikroskop och använt en pensel för att sortera skal ut en efter en. Men en grupp forskare ser ut att automatisera processen och frigöra paleoceanographersna för att spendera mer av sin tid att analysera mikroskopiska skalfossiler som kallas foraminifera som kan klargöra havets roll i klimatförändringen.

Medan han besökte sin fru vid ett paleoceanography-lab, var Ritayan Mitra, en geolog på University of Colorado-Boulder, rädd för hur ansträngande sortering av foraminifera för hand. Eftersom arten interagerar med ljus på olika sätt, dammar hon inte bara dem för hand utan flyttar även ljuskällan på sitt mikroskop hela tiden för att plocka ut skalen. Mitra gjorde en prototyp, som placerar en ring av lysdioder runt slutet av räckvidden som kan justeras automatiskt för att ge olika ljusvinklar. Så småningom sprang han i slutet av sin robotik förmåga.

"Jag är inte robotik killen, jag är inte oceanografi killen, jag såg bara ett problem och ville hitta en lösning," säger han. För att lösa problemet behövde han båda.

Så vände han sig till Edgar Lobaton, en elektrisk ingenjör vid North Carolina State University, där Mitra var vid tiden. Forskare har försökt och misslyckats med att automatisera processen för att sortera de små skalen före. Lobaton steg till utmaningen och skrev bidrag som skulle möjliggöra detta tvärvetenskapliga samarbete. I stället för att försöka få en dator för att identifiera alla möjliga bilder av alla arten av foraminifera (vilket är det som folk försökte med neurala nätter i det förflutna) kommer hans lag att träna datorn för att bara känna igen halva dussinet av foraminifera regelbundet används i forskning. (Detta kommer att minska beräkningsbelastningen.)

Lobaton har också ett hemligt vapen tack vare Mitra - Tom Marchitto, en paleoceanograf vid University of Colorado-Boulder, på projektet. När Lobaton och hans lab går till Marchitto för första gången i början av augusti, kommer de att få en kraschkurs i paleoceanography. "Vi ska titta på foraminifera tillsammans," säger Marchitto. I processen hoppas han överföra viss kunskap om hur människor fattar beslut om vilka skal som är vilka arter. Av detta säger Marchitto: "Förhoppningsvis kan vi överföra dessa beslut till en artificiell intelligens typ av nätverk som kan göra det automatiskt."

För närvarande spenderar paleoceanographers en stor del av deras tidssorteringsprover. Eftersom arten föredrar olika näringsämnen och temperaturer kommer vissa av deras data om förhållandena i gamla oceaner från proportionerna av olika arter som hittas vid olika tidpunkter. Om sorteringen är automatiserad kommer denna data att samlas exponentiellt snabbare än den är nu. Det skulle också frigöra forskarna för att analysera de fossiliserade skalens kemiska sammansättning. Foraminifera har hittats i hela oceanen i miljontals år, så deras förändringar i kemi över tid är ett fönster i det gamla havsklimatet.

Det första steget för forskarna under de närmaste två åren är att utforma identifieringsprogrammet. Om det går bra har Lobaton planer för robotarmar som faktiskt kan sortera ut arten. Att lära en dator för att hitta den mikroskopiska fossilen du vill ha, i en hög mikroskopiska fossiler, är en omöjlig upplösning. Men om de kan lyckas, kan vi titta på en överskott i information om de gamla oceanerna som vi aldrig har sett tidigare. Och för mikroskopiska fossila skal är det ganska coolt.