Građanska znanost: pokušajte ovo kod kuće

U studenom 2015. nekoliko stotina ljudi okupilo se na sastanku u Ben Avonu, susjedstvu od oko 2.000 ljudi smješteno uz rijeku Ohio, sjeverozapadno od Pittsburga. Kao i na prethodnim skupštinama ove vrste, stanovnici su došli saznati najnovije informacije o neželjenom susjedu.

Taj susjed bio je Shenango Coke Works, tvornica za preradu ugljena koja je prostirala jedan kraj otoka, točno nasuprot Ben Avonu. Stanovnici su dugo sumnjali da postrojenja s emisijama redovito zagađuju zrak do te mjere da je postojanje opasnosti. Za loš zrak krivili su astmu, mučninu, glavobolju i bezbroj drugih bolesti koje su pretrpjele njihove i njihove obitelji. Ali u prošlosti su imali nedostatak konačnih dokaza, izvan vlastitih iskustava.

Pronašli su ih.

Nedugo nakon što je sastanak započeo, s predstavnikom američke Agencije za zaštitu okoliša koji je sjedio u prvom redu, informatičar sa sveučilišta Carnegie Mellon Randy Sargent ustao je i počeo se obraćati vremenskim videozapisima s fotoaparata kojima je pomogao iz četvrti prema Shenangou, Čitajući kadrove svakih 5 sekundi, 24 sata dnevno, kamere su olakšavale ono što je zajednica tijekom godina pokušavala učiniti: gledati dim.

Razlikovanje otrovnih oblaka od puke pare je težak posao, pa se zajednica okrenula Sargentu, koji radi iz CU CAT laboratorija (Zajednica robotika, obrazovanja i tehnologije). On i njegov kolega Yen-Chia Hsu razvili su algoritam računalnog vida kako bi se na svakoj slici uočio loš tip dima.

Spojen iz stotina kadrova, rezultirajući videozapis pokazao je petlje crne, smeđe, plave i narančaste oblake petlje u jednom mjesecu. U paru sa podacima o saveznim, lokalnim i zajedničkim tijelima prikupljenim od odgovarajućih dana, čini se da su Ben Avonove sumnje konačno pronašle osnovu: Shenango je puštao količine otrovnih tvari u dozvolu pet u svakih sedam dana.

Kanal Shenango

Mjesec dana kasnije, DTE Energy najavio je da će zatvoriti svoj pogon u Shenangou, navodeći slabo tržište čelika i nedostatak kupaca. Do siječnja je tvornica ispekla zadnju seriju ugljena i sada je na planu za rušenje.

"Rekli su da su to ekonomska pitanja, ali pitam se je li se vremenski raspored promijenio zbog pritiska zajednice", izjavila je Bea Dias, direktorica projekta za CREATE Lab. "Algoritam je bio alat koji je njihovim glasovima davao veću težinu, dodatnu nogu za pravljenje slučaja. No, tehnologija ne bi radila da nije bilo aktivne zajednice koja bi je koristila, ljudi bi je mogli staviti ispred donosioci odluka stalno."

Diasova skupina zadužena je za izravno sudjelovanje s zajednicama na pružanju hardvera, softvera i drugih rješenja za rješavanje njihovih problema. Algoritam računalnog vida pokazao se kao posebno snažna realizacija tog mandata. Ali to je samo jedan primjer na području koje posljednjih godina bilježi zapanjujući rast: visokotehnološki alati za građansku znanost.

Pristup s potpunim pristupom

Čak i ako u svom dvorištu nemate tvornicu koja pumpa loš zrak, možda biste se ipak željeli uključiti u neku građansku znanost - a to su istraživanja koja provode entuzijastični amateri, sami ili u suradnji s profesionalnim znanstvenicima. Srećom po tebe, ima za svakoga ponešto.

Želite li pomoći pri pronalaženju egzoplaneta i kvazara kroz terabajte podataka svemirskog teleskopa? Krenite prema Zooniverseu. Možda imate na umu laboratorijski projekt, ali ne možete si priuštiti opremu. Nema problema; ispisati dijelove iz nacrta u Laboratoriji otvorenog koda Source.

Kako bi bilo o samoj biologiji? Lokalni bioprostori, kao što je BioCurious u Santa Clari, Kalifornija, ili podzemni znanstveni prostor Baltimore u Marylandu, mogu savjetovati i pomoći u projektima u rasponu od ekstrakcije DNK do ispisa staničnih kultura.

Drkanje s projektima i prikupljanje podataka o mnoštvu dva su glavna zanimanja građanske znanosti, a glavni poticaj za to je osnaživanje.

"Ova nedavna era federalne deregulacije osvjetljava nedostatke i nedostatke u nadzoru, a kad se ne možemo osloniti na vladinu intervenciju, moramo se osloniti na sebe", rekla je Gretchen Gehrke, voditeljica podataka i zagovaranja iz Public Lab-a. Ali pristup potrebnim alatima za postizanje tog posla može biti izazov, dodala je.

"Pristup" često jednostavno znači "jeftinije stvari". Zahvaljujući neprestanom trošku senzora i mikrokontrolera, pristupu satelitskim podacima i spremnosti drugih da dijele tehničku stručnost, sofisticirani alati koji su nekad bili dostupni samo institucionalnim istraživačima sada su u rukama svih koji ih žele.

(Foto: Andrew Thaler)

Razmotrimo nacrte spektrometra na bazi Raspberry Pi-a, koje su ugostile stranice zajednice Lab. Spektrometri se koriste za određivanje podataka o nekom predmetu ili supstanci analizom njegovih svjetlosnih svojstava. Komercijalna ručna verzija radi oko 1500 dolara; glomazni laboratorijski konj pet je puta veći od toga. Ili, uz malo savjeta, možete sami izraditi jedan za oko 70 dolara.

Još jedan pionir građanskih znanosti je Andrew Thaler (na slici dolje), istraživač dubokog mora i savjetnik za morsku ekologiju koji je pokrenuo oceanografiju za svakoga zbog prepreka pristupu. Navedeni cilj organizacije: „Osnaživanje istraživača, nastavnika i građanskih znanstvenika putem jeftinog hardvera otvorenog koda“.

Glavni alat koji je Thaler radio na razvoju bio je CTD, koji se koristio u oceanografiji za mjerenje vodljivosti (saliniteta), temperature i tlaka. To je ključni alat za proučavanje i razumijevanje vodenog okoliša - ali ako ga želite, pripremite se da izdvojite najmanje 6.000 USD najmanje do nekoliko desetaka tisuća.

(Foto: Andrew Thaler)

Uz puno strpljenja i suradnje s prijateljima i kolegama, Thaler je razvio CDT za 300 dolara. Najskuplja komponenta je sam senzor, koji radi gotovo 200 dolara. Ipak testirani zajedno s uređajem koji košta 200 puta više, Thalerov CTD vratio je podatke unutar 2% -tne greške skuplje jedinice.

"Sve je relevantnija potreba da se naučnici podsjećaju da su i oni građani", rekao je Thaler. "Naravno, možda ćete imati pristup ogromnom grantu za istraživanje i možete kupiti komercijalnu jedinicu za 60 000 američkih dolara. Ali to je ogromna prepreka za ulazak skupinama u zajednici koje žele nadzirati vlastite plovne putove. Ako također pokrenete programe koji čine taj isti dio opreme jeftinije, puno više znanosti se postiže."

Pristup alatima za praćenje i robotiku pomogao je barem jednoj morskoj zajednici da postigne glavni cilj. U Meksiku je nekoliko ribarskih sela koristilo Open ROV, istu platformu za robotiku otvorenog koda koju Thaler koristi u svojim programima za obuku za provođenje ispitivanja Nasauova agregata za mrijest. Grof je ključna grebena riba, kao i vitalno važna komercijalna vrsta, a zajednica je uspostavila zaštićeno morsko područje kako bi ga zaštitilo od uništenja lovokradica.

(Foto: Michelle Z. Donahue)

Predviđanje problema

U Pittsburghu se CREATE laboratorij nije zaustavio sa Shenangom. Druga je misija pomoći zajednicama da nadograđuju znanje i alate koje steknu radeći sa znanstvenicima iz CMU-a. A budući da Pittsburgh jest ono što jest, još uvijek pomalo u zaleđu svojih zaostataka iz čeličnog doba, Shenango nije jedina stvar koja smrdi.

Uđite u Smell Pittsburgh, aplikaciju koja je izašla iz CREATE laboratorija Shenango. Još uvijek u fazi razvoja i zamišljen kao alat koji bi se eventualno mogao upotrijebiti u bilo kojem gradu u državi, aplikacija omogućuje stanovnicima da označe uvredljive okolne mirise, koji su zabilježeni u aplikaciji i prijavljeni lokalnom zdravstvenom odjelu. Nakon prijave, aplikacija prikazuje kartu koja prikazuje bilo koja druga izvješća o mirisu iz istog dana i vremena.

Mark Dixon, dokumentarist i industrijski inženjer sa sjedištem u Pittsburghu, opisao je aplikaciju kao način za motiviranje ljudi da se bave nečim što žele promijeniti u svom okruženju.

"Postoji ta 'dolina bolesti" koja nastaje kada prijavite probleme i ništa se ne dogodi ", rekao je Dixon. "Ova aplikacija ubrzava ljude kroz tu dolinu - a prvo što vide je da nisu sami. Osim toga, oni stvarno mogu vidjeti opseg problema."

Dixon radi na izgradnji upotrebljivosti aplikacije. Jedan je projekt uključivao izradu algoritma koji kombinira izvještaje Smell Pittsburgh i podatke nacionalne meteorološke službe kako bi se pokušalo predvidjeti nadolazeće #Stinkburgh dane kako ih se označi na Twitteru. Nakon što je postigao otprilike 75 postotnu uspješnost tijekom desetodnevnog testnog razdoblja, Dixon je svoje podatke podijelio s grupom lokalnih gee podataka, uključujući programera Smell Pittsburgh. Kao rezultat, u budućim verzijama aplikacije mogu se pojaviti mogućnosti za pouzdanije predviđanje loših zračnih dana.

Predviđanje je također jedan cilj druge vrste aplikacija, Mosquito Habitat Mapper. Pokrenut u lipnju 2017. godine u Institutu za globalnu strategiju zaštite okoliša (IGES) u partnerstvu s NASA-om, aplikacija ima za cilj prepoznati i ukloniti opasno stanište komaraca.

Već testirana u Barbudi, Peruu i Čileu, aplikacija osposobljava ljude kako prepoznati larve komaraca koje pronađu, slikaju ih i uklone stajaću vodu, a također zabilježe vrijeme, lokaciju, datum i lokalne uvjete okoliša u bazu podataka aplikacije. Do danas je projekt prikupio oko 1.500 podataka - još nije dovoljno za bilo koja smislena predviđanja. Ali nada je da će dugoročno prikupljanje boljih podataka s terena na mjestima gdje je bolest prenosiva komarce ozbiljno javnozdravstveno pitanje može poboljšati modele predviđanja koji se trenutno temelje na vremenskim i klimatskim podacima prikupljenim od satelita, "Puno toga ne znamo o tome kako komarci reagiraju na mikroklimu", rekla je Rusty Low, viša znanstvenica u IGES-u koja je bila na čelu razvoja aplikacije. "Tražimo subregionalne, subsezonske alate koje javni zdravstveni radnici i zajednice mogu koristiti da bolje razumiju rizik od bolesti."

U Baltimoreu, Weather Cubes-ovi Anna Scott Hopkins Weather Cubes također bi mogli dati urbanistima više s kojima će raditi s planiranjem zdravih gradova u toplijoj budućnosti. Scottove kockice, koje su nastale kao rast njezinih studija o gradskoj vrućini, opremljene su senzorima koji se temelje na Arduinu za mjerenje temperature, vlage, ozona, dušičnog dioksida, sumpornog dioksida i sumporovodika. Pedeset kockica raspoređeno je na 25 mjesta u gradu, a Scott se nada da će ih ovog ljeta moći staviti više.

(Foto: Anna Scott)

Podaci ranog praćenja otkrili su da bi veći broj malih zelenih površina, poput džepnih parkova, mogao biti bolji za snižavanje temperatura u gradu od nekoliko velikih parkova, rekla je Kristin Baja, bivša planera klimatske otpornosti na Baltimoru. Te bi informacije mogle prebaciti percepciju o 16.000 praznih parketa u gradu sa nereda na korisno.

U četvrti Baltimore-ove stanice Turner, Larry Bannerman ugošćuje dvije Scottove kocke. Njegova pretežno afroamerička zajednica ima iskustva u borbi s lokalnim zagađivačima i borbama za zaštitu. Rekao je da je sretan što ima dodatnu karticu u svojoj palubi, ako joj treba.

"Imat ćemo kristalno jasnu sliku onoga što je u našem zraku", rekao je. "To znanje u džepu bit će nam najveće bogatstvo ako budemo morali napraviti neke promjene."

Pogled iz svemira

Po mišljenju Johna Amosa, doprinositelji građana bit će ključni za rješavanje problema koji mu često pada na pamet: čineći ogromne količine vizualnih podataka upotrebljivijim.

Neprofitna organizacija koju je osnovao, SkyTruth, koristila je analizu satelitskih slika da bi pokazala da je izlijevanje nafte Deepwater Horizon u 2010. godini veće od javno iznesenih procjena BP-a. Iako grupa i dalje koristi ljudske oči za nadgledanje satelitskih snimaka zbog utjecaja na okoliš izlijevanja, površinskog miniranja i drugih industrijskih aktivnosti, SkyTruth trenutno radi na dodavanju umjetne inteligencije, strojnog učenja i velikih podataka.

SkyTruth Alerts usluga je za koju se korisnici mogu prijaviti kako bi bili obaviješteni o određenim promjenama okoliša u određenom području - recimo o novoj dozvoli za bušenje plina, o kršenju dozvole ili o izvješću o kemijskom izlijevanju ili curenju prirodnog plina. Prvobitno razvijeni kao interni alat, upozorenja su trenutno objavljena s obalnih straža i mjesta za izvještavanje države i okoliša. Oko 3.000 ljudi su trenutačni korisnici ovog alata.

Evolucija usluge ima za cilj uključiti sve više izvora podataka i alata te koristiti AI i sustave strojnog učenja za usporedbu novih satelitskih slika uz povijesne slike. Pomoću tih vrsta referenci analiza može otkriti promjene i prije prijavljivanja putem službenih kanala.

Sveti gral je omogućiti korisnicima da dijele vlastita zapažanja i upozorenja, stvarajući tako niz zajednica koje imaju zajedničke brige.

Zapravo, podaci o mnoštvu prikupljeni od strane SkyTruth korisnika za poseban projekt, FrackFinder, rezultirali su nekoliko studija koje su natjerale Maryland da zabrani fraking u 2017. Johns Hopkins, istraživač javnog zdravlja Brian Schwartz, razmotrio je nekoliko zdravstvenih posljedica života u blizini zdrobljenih bušotina, uključujući astma i prijevremeni natalitet. Iako se oslanjao na brojne izvore podataka za studije, nije postojalo alternativa vrsti podataka koju su doprinijeli korisnici SkyTrutta, rekao je.

"Sastali smo se s državnim izabranim dužnosnicima nekoliko puta i iznijeli svoja otkrića te odgovorili na sva njihova pitanja", rekao je Schwartz. "Neki od njih su, kako se navodi u novinskim pričama i drugdje, rekli da ih je 'Johns Hopkinsova zdravstvena studija' konačno nagovorila da glasaju za zabranu. To su naše studije."

Moć lokalnog ljudskog promatranja, u kombinaciji sa sposobnostima podataka za računalstvo u oblaku, omogućuje gledanje potencijalnih problema u stvarnom vremenu, primijetio je Amos.

"Ne radi se samo o stvarima koje su se već dogodile, već i o stvarima koje se događaju u okruženju prije nego što se išta o tome zna, kako bi se postalo svjesno da se nešto događa na što trebamo obratiti pažnju", rekao je Amos. "Za mene je to tehnološki usmjerena revitalizacija eko-nacionalizma."

A zanimanje za korištenje nove tehnologije za jednostavno znatiželjni rast će tek rasti odavde, dodao je CREATE Lab's Dias.

"Ovakve tehnologije ne bi trebale biti samo u laboratorijima ili prostorima više izdanja", rekla je. "Oni bi trebali biti dostupni svakodnevnim ljudima, stvarati ih, a ne samo konzumirati. A ideja je da kad ljudi ljudi bolje teku tehnologiju, mogu svakodnevno izvaditi stvari s polica i zajedno sjesti nešto što im odgovara."