Kansalaisten tiede: kokeile tätä kotona

Marraskuussa 2015 useita satoja ihmisiä kokoontui kokoukseen Ben Avonissa, noin 2000 ihmisen naapurustossa, kätkeytyneenä Ohio-joen varrella Pittsburghin luoteeseen. Kuten aiemmissa tämänkaltaisissa kokouksissa, asukkaat olivat tulleet oppimaan viimeisimmän ei-toivotun naapurin kanssa.

Tuona naapurina oli Shenango Coke Works, hiilenjalostamo, joka ulottui saaren toiseen päähän suoraan Ben Avonia vastapäätä. Asukkaat olivat pitkään epäilleet, että laitoksen päästöt saastuttavat säännöllisesti ilmaa niin paljon, että siellä asuminen on vaarallista. He syyttivät huonoa ilmaa astmaan, pahoinvointiin, päänsärkyyn ja lukemattomiin muihin sairauksiin, joita he ja heidän perheensä olivat kärsineet. Mutta aikaisemmin heillä ei ollut puutetta lopullista näyttöä heidän omien kokemustensa ulkopuolella.

Joten, he löysivät joitain.

Pian sen jälkeen, kun kokous alkoi, ja eturivissä istui Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston edustaja, Carnegie Mellonin yliopiston tietotekniikan tutkija Randy Sargent nousi ylös ja aloitti kelaamalla kameroiden aikaviivevideoita, jotka hän oli auttanut naapuruston osoittamaan kohti Shenangoa.. Kamerat ottivat ruudut viiden sekunnin välein, 24 tuntia vuorokaudessa, helpottivat sitä, mitä yhteisö oli yrittänyt tehdä vuosien varrella: katsella savua.

Myrkyllisten pilvien erottaminen pelkistä höyrystä on hankalaa liiketoimintaa, joten yhteisö kääntyi Sargentin puoleen, joka työskentelee CMU: n CREATE Lab (Community Robotics, Education and Technology Empowerment) -alueella. Hän ja kollega Yen-Chia Hsu kehittivät tietokoneenäköalgoritmin huonojen savutyyppien valitsemiseksi jokaisesta kuvasta.

Tuloksena saatu video, joka oli ommeltu satoista kehyksistä, osoitti mustan, ruskean, sinisen ja oranssin pilvien silmukkakelan yhdestä kuukaudesta. Yhdistettynä vastaavista päivistä kerättyihin liittovaltion, paikallisiin ja yhteisöihin liittyviin anturitietoihin Ben Avonin epäilykset näyttivät vihdoin löytävän perusta: Shenango vapautti ilmaan luvanvaraisia ​​määriä myrkyllisiä aineita viiteen joka seitsemästä päivästä.

Shenangon kanava

Kuukautta myöhemmin DTE Energy ilmoitti sulkevansa Shenangon tehtaansa vedoten heikkoon teräsmarkkinaan ja asiakkaiden puutteeseen. Tammikuuhun mennessä laitos oli leiponut viimeisen hiilen eränsä ja se on nyt suunniteltu purkamista varten.

"He sanoivat, että kyse oli taloudellisista kysymyksistä, mutta ihmettelen, muuttuivatko aikataulu yhteisön painostuksen takia", sanoi CREATE Labin projektijohtaja Bea Dias. "Algoritmi oli työkalu, joka antoi äänilleen enemmän painoarvoa, ylimääräisen jalan tapauksen tekemiseen. Mutta tekniikka ei olisi toiminut, jos sillä ei olisi aktiivista yhteisöä käyttämään sitä, ihmiset laittaavat sen eteen päätöksentekijöitä jatkuvasti."

Diasi-ryhmän tehtävänä on olla tekemisissä suoraan yhteisöjen kanssa tarjotakseen heille laitteita, ohjelmistoja ja muita ratkaisuja heidän huolenaiheidensa ratkaisemiseksi. Tietokonenäköalgoritmi osoittautui erityisen tehokkaaksi toteutukseksi tehtävälle. Mutta se on vain yksi esimerkki alalta, jolla on viime vuosien aikana tapahtunut hämmästyttävää kasvua: huipputeknologiset työkalut kansalaistieteeseen.

All-Access-pass

Vaikka sinulla ei olisi tehdasta, joka pumppaa huonoa ilmaa takapihallasi, saatat silti haluta osallistua jonkinlaiseen kansalaistieteeseen - tutkimuksen, jonka innostuneet amatöörit tekevät joko yksin tai yhdessä ammattitutkijoiden kanssa. Onneksi sinulle on jokaiselle jotakin.

Haluatko auttaa valitsemaan teratavujen avaruusteleskooppitietoja eksoplaneettojen ja kvaasarien löytämiseksi? Siirry Zooniverseen. Ehkä sinulla on mielessä laboratorioprojekti, mutta sinulla ei ole varaa laitteisiin. Ei ongelmaa; tulosta osat osana suunnitelmaa Appropedian avoimen lähdekoodin laboratoriossa.

Entä joku DIY-biologia? Paikalliset biosavat, kuten BioCurious Santa Clarassa Kaliforniassa tai Baltimore Underground Science Space Marylandissa, voivat neuvoa ja avustaa hankkeissa, jotka ulottuvat DNA: n erottamisesta soluviljelmien tulostamiseen.

Projektien hoitaminen ja tiedon hankkiminen ovat kaksi kansalaistieteen pääasiallista ammattia, ja sille tärkeä vauhti on vaikutusmahdollisuuksien lisääminen.

"Tämä viimeaikainen liittovaltion sääntelyn purkamisen aikakausi tuo esiin valon puutteet ja aukot. Ja kun emme voi luottaa hallituksen puuttumiseen, meidän on luotettava itseemme", sanoi Public Labin tietojen ja edunvalvoja Gretchen Gehrke. Työn tekemiseen tarvittavien työkalujen saatavuus voi olla haaste, hän lisäsi.

"Access" tarkoittaa yksinkertaisesti "asioiden tekemistä halvemmaksi". Antureiden ja mikrokontrollerien jatkuvasti laskevien kustannusten, satelliittitietojen saatavuuden ja muiden halun kanssa jakaa teknistä asiantuntemusta ansiosta edistykselliset työkalut, jotka olivat kerran käytettävissä vain instituutiotutkijoille, ovat nyt niiden haltijoiden käytettävissä.

(Kuva: Andrew Thaler)

Mieti Raspberry Pi -pohjaista spektrometrisuunnittelua, jota ylläpitävät Public Labin yhteisösivut. Spektrometrejä käytetään objektia tai aineita koskevan tiedon määrittämiseen analysoimalla sen valoominaisuuksia. Kaupallinen kädessä pidettävä versio maksaa noin 1 500 dollaria; iso laboratoriotyönhevonen on viisinkertainen. Tai pienellä ohjauksella voit rakentaa itsellesi noin 70 dollaria.

Toinen kansalais-tieteen edelläkävijä on syvänmeren tutkija ja meriekologian konsultti Andrew Thaler (kuvassa alla), joka aloitti kaikille valtameren tutkimuksen pääsyn esteiden vuoksi. Organisaation ilmoittama tavoite: "Tutkijoiden, kouluttajien ja kansalaisten tutkijoiden vaikutusmahdollisuuksien lisääminen edullisten, avoimen lähdekoodin laitteistojen avulla".

Tärkein työkalu, jota Thaler kehitti kehittämisessä, oli CTD, jota käytettiin merentutkimuksessa johtavuuden (suolapitoisuuden), lämpötilan ja paineen mittaamiseen. Se on välttämätön työkalu vesiympäristön tutkimiseksi ja ymmärtämiseksi - mutta jos haluat sellaisen, valmistaudu haarukoimaan vähintään 6000 dollaria, jopa kymmeniä tuhansia.

(Kuva: Andrew Thaler)

Thaler kehitti CDT: n 300 dollarilla, sillä hänellä oli paljon kärsivällisyyttä ja yhteistyötä ystävien ja työtovereiden kanssa. Kallein komponentti on itse anturi, joka käy lähes 200 dollaria. Thalerin CTD on kuitenkin testannut 200 kertaa kalliimman laitteen rinnalla tietoja, jotka ovat kalliimman yksikön kahden prosentin virhemarginaalin sisällä.

"On yhä tärkeämpää muistuttaa tutkijoita siitä, että he ovat myös kansalaisia", Thaler sanoi. "Toki, sinulla saattaa olla pääsy laajaan tutkimusapurahaan ja voit ostaa 60 000 dollarin kaupallisen yksikön. Mutta se on valtava este pääsylle yhteisöryhmille, jotka haluavat tarkkailla omia vesistöjä. Jos myös tuet ohjelmia, jotka tekevät saman kappaleen laitteiden halvempaa, tehdään paljon enemmän tiedettä."

Seuranta- ja robotiikkatyökalujen käyttö on auttanut ainakin yhtä meriyhteisöä saavuttamaan tärkeän tavoitteen. Meksikossa useat kalastajakylät käyttivät Open ROV -tapahtumaa, samaa avoimen lähdekoodin robottiympäristöä, jota Thaler käyttää koulutusohjelmissaan, Nassaun ryhmän kutuyhdistelmien tutkimuksiin. Ryhmä on avain riuttakala ja elintärkeä kaupallinen laji, ja yhteisö perusti meriensuojelualueen suojaamaan sitä salametsästäjiltä.

(Kuva: Michelle Z. Donahue)

Ongelmien ennakointi

Pittsburghissa CREATE Lab ei lopettanut Shenangon kanssa. Toinen tehtävänsä kärki on auttaa yhteisöjä rakentamaan tietämystä ja työkaluja, jotka he saavat työskentelemällä CMU: n tutkijoiden kanssa. Ja vaikka Pittsburgh on se, mitä se on, edelleen jonkin verran teräskauden perintönsä otteessa, Shenango ei ole ainoa asia, joka saa aikaan haiman.

Anna Smell Pittsburgh, sovellus, joka tuli ulos CREATE Labin Shenango-teoksesta. Sovellus on edelleen kehitteillä ja suunniteltu työkaluksi, jota voitaisiin lopulta käyttää missä tahansa kansakunnan kaupungissa. Sen avulla asukkaat voivat tunnistaa loukkaavat ympäristöhajut, jotka kirjataan sovellukseen ja raportoidaan paikalliselle terveysosastolle. Kirjautumisen jälkeen sovellus näyttää kartan, joka näyttää kaikki muut hajuraportit samasta päivästä ja ajasta.

Pittsburghin dokumenttimies ja teollisuusinsinööri Mark Dixon kuvaili sovellusta tapana motivoida ihmisiä olemaan kiinni asioissa, joita he haluaisivat muuttaa ympäristöönsä.

"Siellä on tämä" pahuudenlaakso ", joka tapahtuu, kun ilmoitat ongelmista, eikä mitään tapahdu", Dixon sanoi. "Tämä sovellus nopeuttaa ihmisiä läpi laakson - ja ensimmäinen asia, mitä he näkevät, on, että he eivät ole yksin. Lisäksi he näkevät todella ongelman laajuuden."

Dixon pyrkii kehittämään sovelluksen käytettävyyttä. Yhdessä projektissa kehitettiin algoritmi, joka yhdistää Smell Pittsburghin raportit ja kansallisen sääpalvelun tiedot yrittää ennustaa tulevia #Stinkburgh-päiviä, kun ne on merkitty Twitterissä. Saavuttuaan noin 75 prosentin onnistumisprosentin 10 päivän testijakson aikana, Dixon jakoi tietonsa paikallisten datageeberien ryhmälle, mukaan lukien Smell Pittsburghin kehittäjä. Seurauksena on, että sovelluksen tulevissa versioissa saattaa ilmetä kyky ennustaa luotettavammin huonojen ilmapäivien luotettavuutta.

Ennustaminen on myös eräänlaisen sovelluksen, Mosquito Habitat Mapper, yksi tavoite. Globaalien ympäristöstrategioiden instituutin (IGES) käynnistämä kesäkuussa 2017 yhteistyössä NASA: n kanssa sovelluksen tarkoituksena on tunnistaa ja poistaa vaarallinen hyttysetyyppi.

Sovellus, joka on jo testattu Barbudassa, Perussa ja Chilessä, kouluttaa ihmisiä tunnistamaan löytämänsä hyttysen toukat, napsauttamaan kuvan ja poistamaan seisovan veden sekä kirjaamaan ajan, sijainnin, päivämäärän ja paikalliset ympäristöolosuhteet sovelluksen tietokantaan. Tähän mennessä projektiin on kertynyt noin 1 500 datapistettä - ei vielä tarpeeksi merkityksellisten ennusteiden tekemiseksi. Toivomme kuitenkin, että pitkällä tähtäimellä paremman tiedon kerääminen maasta paikoissa, joissa hyttysten leviämä tauti on vakava kansanterveysongelma, voi auttaa tarkentamaan ennustemalleja, jotka perustuvat tällä hetkellä satelliittien keräämiin sää- ja ilmastotietoihin..

"Meillä ei ole paljon tietoa siitä, kuinka hyttyset reagoivat mikroilmastoon", sanoi IGES: n vanhempi tutkija Rusty Low, joka johti sovelluksen kehitystä. "Etsimme osa-alueellisia, osa-vuodenaikojen välisiä työkaluja, joita kansanterveysalan työntekijät ja yhteisöt voivat käyttää ymmärtämään paremmin sairauksien riskiään."

Baltimoressa Johns Hopkinsin jatko-opiskelija Anna Scottin sääkuutiot voisivat myös antaa kaupunkisuunnittelijoille enemmän työskennellä, kun on kyse terveiden kaupunkien suunnittelusta lämpimämmässä tulevaisuudessa. Scottin kuutiot, jotka syntyivät hänen tutkimustensa tuloksena kaupunkilämpöä kohtaan, on varustettu Arduino-pohjaisilla antureilla lämpötilan, kosteuden, otsonin, typpidioksidin, rikkidioksidin ja rikkivedyn mittaamiseksi. Viisikymmentä kuutiota on sijoitettu 25 paikkaan ympäri kaupunkia, ja Scott toivoo saattavansa enemmän niistä pois kesällä.

(Kuva: Anna Scott)

Varhaisen seurantatiedon perusteella kävi ilmi, että entistä Baltimoren ilmastonkestävyyden suunnittelija Kristin Bajan mukaan enemmän pieniä viheralueita, kuten taskupuistoja, voisi olla parempi alentaa lämpötilaa kaupungin alueella kuin useita suuria puistoja. Nämä tiedot voisivat muuttaa kuvan 16 000 vapaasta erästä leikkauksesta hyödylliseksi.

Baltimoren Turner Station -alueella Larry Bannerman isännöi kahta Scottin kuutiota. Hänen pääasiassa afrikkalais-amerikkalaisella yhteisöllä on kokemusta paikallisten saastuttajien taisteluista ja agiteista suojelua varten. Hän sanoi olevansa onnellinen siitä, että hänellä on lisäkortti kannellaan, jos hän sitä tarvitsee.

"Meillä on kristallinkirkas kuva siitä, mitä on ilmassa", hän sanoi. "Taskussa oleva tieto on suurin etu, jos meidän on tehtävä joitain muutoksia."

Näkymä avaruudesta

John Amosin mielestä kansalaisten avustajilla on avain ratkaista ongelma, joka on usein hänen mielestään: tehdä valtavista määristä visuaalista tietoa entistä käyttökelpoisempaa.

Hänen perustamansa voittoa tavoittelematon SkyTruth käytti satelliittikuvien analyysiä osoittaakseen, että Deepwater Horizonin öljyvuoto vuonna 2010 oli suurempi kuin BP: n julkisesti ilmoittamat arviot. Vaikka ryhmä käyttää edelleen ihmisen silmiä satelliittikuvien seuraamiseen vuotoista, pintakaivoksista ja muusta teollisesta toiminnasta aiheutuvien ympäristövaikutusten varalta, SkyTruth pyrkii tällä hetkellä lisäämään keinotekoista älykkyyttä, koneoppimista ja suurta tietoa sekoitukseen.

SkyTruth Alerts on palvelun käyttäjä, joka voi ilmoittautua tietyistä ympäristön muutoksista tietyllä alueella - sanoa esimerkiksi uusi kaasunporauslupa, luvan rikkominen tai ilmoitus kemikaalivuodosta tai maakaasuvuodosta. Alun perin sisäisenä työkaluna kehitettyjä hälytyksiä on tällä hetkellä kaapattu rannikkovartiostoilta ja valtion ympäristöministeriön raportointisivustoilta. Noin 3000 ihmistä on tämän työkalun nykyisiä käyttäjiä.

Palvelun kehityksen tavoitteena on sisällyttää yhä enemmän tietolähteitä ja työkaluja sekä käyttää AI- ja koneoppimisjärjestelmiä vertailemaan uusia satelliittikuvia historiallisten kuvien rinnalla. Tällaisilla referensseillä analyysi voi havaita muutokset jo ennen niiden ilmoittamista virallisten kanavien kautta.

Pyhän Graalin tarkoituksena on antaa käyttäjille mahdollisuus jakaa omat havainnot ja hälytykset, jolloin luodaan joukko yhteisöjä, joilla on yhteisiä huolenaiheita.

Itse asiassa SkyTruth-käyttäjien erillisestä FrackFinder-projektista antama yleisön tuottama tieto johti useisiin tutkimuksiin, jotka pakottivat Marylandin kieltämään murtamisen vuonna 2017. Johns Hopkinsin kansanterveyttä käsittelevä tutkija Brian Schwartz tarkasteli useita haittoja terveysvaikutuksille, jotka aiheutuvat asumisesta murskauskaivojen lähellä, mukaan lukien astma ja ennenaikainen syntyvyys. Hän kertoi, että vaikka hän veti tutkimuksiin monia tietolähteitä, SkyTruth-käyttäjän käyttämien tietojen tyypille ei ollut "vaihtoehtoja".

"Tapasimme valtion vaaleilla valittuja virkamiehiä useita kertoja ja esittelimme havainnot ja vastasimme kaikkiin heidän kysymyksiinsä", Schwartz sanoi. "Joidenkin heistä ilmoitettiin sanomalehdissä ja muualla sanoneen, että 'Johns Hopkinsin terveystutkimukset' vakuuttivat heidät lopulta äänestämään kieltoa. Nämä ovat tutkimuksemme."

Paikallisen ihmisen paikalla tapahtuvan havainnoinnin teho yhdistettynä pilvipalvelun tietojen murskaamiskykyyn antaa mahdollisuuden nähdä mahdolliset ongelmat reaaliajassa, Amos totesi.

"Ei ole kyse vain asioista, jotka ovat jo tapahtuneet, vaan myös asioista, jotka tapahtuvat ympäristössä ennen kuin tiedät siitä mitään, jotta saadaan tietoiseksi siitä, että tapahtuu jotain, johon meidän on kiinnitettävä huomiota", Amos sanoi. "Minulle se on tekniikan vetämää, ruohonjuuritason ympäristöä elvyttävää."

Ja kiinnostus kehittyvän tekniikan hyödyntämiseen vain uteliaisuuden kasvaa vain täältä, lisäsi CREATE Labin Dias.

"Tällaisia ​​tekniikoita ei saisi olla vain laboratorioissa tai ylemmissä tiloissa", hän sanoi. "Niiden pitäisi olla arkipäivän ihmisten ulottuvilla, luoda, eikä vain kuluttaa. Ja ajatuksena on, että kun ihmiset sujuvammin tekniikkaa, he voivat ottaa arjen asiat hyllyltä ja hakkeroida jotain heidän hyväkseen työskentelevää."