I robot per lo smistamento dei fossili aiuteranno i ricercatori a studiare gli oceani e il clima
I ricercatori hanno sviluppato e dimostrato un robot in grado di ordinare, manipolare e identificare microscopici fossili marini. La nuova tecnologia automatizza un noioso processo che svolge un ruolo chiave nel far progredire la nostra comprensione degli oceani e del clima del mondo, sia oggi che nel passato preistorico.
“La bellezza di questa tecnologia è che è realizzata utilizzando componenti standard relativamente economici e stiamo rendendo open source sia i progetti che il software di intelligenza artificiale”, afferma Edgar Lobaton, coautore di un articolo sul lavoro e professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso la North Carolina State University. «Il nostro obiettivo è rendere questo strumento ampiamente accessibile, in modo che possa essere utilizzato da quanti più ricercatori possibile per far progredire la nostra comprensione degli oceani, della biodiversità e del clima».
La tecnologia, chiamata Forabot, utilizza la robotica e l’intelligenza artificiale per manipolare fisicamente i resti di organismi chiamati foraminiferi, o forami, in modo che quei resti possano essere isolati, visualizzati e identificati.
I forami sono protisti, né vegetali né animali, e sono presenti nei nostri oceani da oltre 100 milioni di anni. Quando i forami muoiono, lasciano dietro di sé i loro minuscoli gusci, la maggior parte larghi meno di un millimetro. Queste conchiglie forniscono agli scienziati informazioni sulle caratteristiche degli oceani così come esistevano quando i forami erano vivi. Ad esempio, diversi tipi di specie di forami prosperano in diversi tipi di ambienti oceanici e le misurazioni chimiche possono dire agli scienziati di tutto, dalla chimica dell’oceano alla sua temperatura quando si stava formando il guscio.
Tuttavia, la valutazione di conchiglie e fossili di forami è noiosa e richiede tempo. Ecco perché un team di esperti di ingegneria e paleoceanografia ha sviluppato Forabot per automatizzare il processo.
“A questo punto, Forabot è in grado di identificare sei diversi tipi di foram ed elaborare 27 foram all’ora, ma non si annoia mai e non si stanca mai”, afferma Lobaton. “Questo è un prototipo proof-of-concept, quindi espanderemo il numero di specie di forami che è in grado di identificare. E siamo ottimisti che saremo anche in grado di migliorare il numero di foram che può elaborare all’ora.
“Inoltre, a questo punto, il Forabot ha un tasso di precisione del 79% per l’identificazione dei forami, che è migliore della maggior parte degli esseri umani addestrati.”
“Una volta che Forabot sarà stato ottimizzato, sarà un prezioso strumento di ricerca, che consentirà agli studenti ‘raccoglitori di forami’ di trascorrere meglio il loro tempo imparando abilità più avanzate”, afferma Tom Marchitto, coautore dell’articolo e professore di scienze geologiche presso l’Università del Colorado, Boulder. “Utilizzando la conoscenza tassonomica di provenienza comunitaria per addestrare il robot, possiamo anche migliorare l’uniformità dell’identificazione del forame tra i gruppi di ricerca”.
Ecco come funziona Forabot. Innanzitutto, gli utenti devono lavare e setacciare un campione di centinaia di forami. Questo lascia gli utenti con un mucchio di quella che sembra sabbia. Il campione di forami viene quindi posto in un contenitore chiamato torre di isolamento. Un ago nella parte inferiore della torre di isolamento sporge quindi verso l’alto attraverso il campione, sollevando un singolo foro verso l’alto dove viene rimosso dalla torre tramite aspirazione. L’aspirazione trascina il forato in un contenitore separato chiamato torre di imaging, che è dotato di una telecamera automatizzata ad alta risoluzione che acquisisce più immagini del forato. Dopo la ripresa delle immagini, il foram viene nuovamente sollevato da un ago fino a poter essere prelevato tramite aspirazione e depositato nell’apposito contenitore in una stazione di smistamento. Il video del Forabot in azione può essere visto su https://www.youtube.com/watch?v=nLkLIghc4Jg.
“L’idea è che la nostra intelligenza artificiale possa utilizzare le immagini per identificare il tipo di foram e ordinarlo di conseguenza”, afferma Lobaton.
“Stiamo pubblicando in una rivista open source e stiamo includendo i progetti e il software AI nei materiali supplementari a quel documento”, aggiunge Lobaton. “Speriamo che le persone ne facciano uso. Il prossimo passo per noi è espandere i tipi di foram che il sistema può identificare e lavorare per ottimizzare la velocità operativa”.
Il documento, ” Forabot: Automated Planktic Foraminifera Isolation and Imaging “, è pubblicato sulla rivista ad accesso libero Geochemistry, Geophysics, Geosystems . L’autore corrispondente dell’articolo è Turner Richmond, un recente dottorato di ricerca. laureato da NC State. Il documento è stato co-autore di Jeremy Cole, un Ph.D. laureato di NC State; e da Gabriella Dangler, una studentessa universitaria alla NC State.
Il lavoro è stato svolto con il supporto della National Science Foundation, con il numero di sovvenzione 1829930.
RIVISTA
Geochimica Geofisica Geosistemi
Forabot: isolamento e imaging automatizzati dei foraminiferi planktici
I ricercatori hanno creato un sistema robotico autonomo, chiamato Forabot, che ordina, manipola e identifica microscopici fossili marini.
La tecnologia automatizza un processo noioso che svolge un ruolo chiave nel far progredire la nostra comprensione degli oceani e del clima del mondo, sia oggi che nel passato preistorico.
L’immagine qui mostra la sezione di Forabot che fotografa i singoli fossili in modo che possano essere identificati, utilizzando l’intelligenza artificiale.
CREDITO
Edgar Lobaton e Thomas Marichatto