מדע אזרחים: נסו זאת בבית

בנובמבר 2015 התכנסו כמה מאות אנשים לפגישה בבן אבון, שכונה של כ -2, 000 איש השוכנת לאורך נהר אוהיו צפונית-מערבית לפיטסבורג. בדומה לאסיפות קודמות מסוג זה, התושבים הגיעו ללמוד אחרון על שכנה לא רצויה.

השכן ההוא היה ה- Shenango Coke Works, מפעל לעיבוד פחם שנמצא בקצה אחד של אי ממש מול בן אבון. התושבים חשדו זה מכבר שפליטת המפעל מזהמת את האוויר באופן קבוע עד כדי כך שחיים שם היו סכנה. הם האשימו את האוויר הרע באסטמה, בחילה, כאבי ראש, ושלל מחלות אחרות שהם ומשפחותיהם סבלו. אך בעבר לא היו להם עדויות מוחלטות, מחוץ לחוויותיהם שלהם.

אז, הם מצאו כמה.

זמן לא רב לאחר שהפגישה החלה, כאשר נציג מטעם הסוכנות האמריקנית להגנת הסביבה ישב בשורה הראשונה, מדען המחשבים באוניברסיטת קרנגי מלון רנדי סרגנט קם והתחיל להילחם באמצעות קטעי וידאו מפסק זמן ממצלמות שהוא עזר לשכונה להצביע לעבר שנאנגו.. צילומי מסגרות כל 5 שניות, 24 שעות ביממה, הקלו על המצלמות לעשות את מה שהקהילה ניסתה לעשות במהלך השנים: התבונן בעשן.

הבחנת עננים רעילים מאדים בלבד היא עניין קשה, ולכן הקהילה פנתה לסרגנט שעובד מתוך מעבדת CREATE של CMU (העצמת הרובוטיקה של הקהילה, חינוך וטכנולוגיה). הוא והקולגה יין-צ'יה הסו פיתחו אלגוריתם לראיית מחשב בכדי לבחור סוגי עשן רעים בכל תמונה.

הסרטון שהתקבל תפור ממאות פריימים, הראה סליל לולאה של עננים שחורים, חומים, כחולים וכתומים החל מחודש בודד. בשילוב עם נתוני חיישנים פדרליים, מקומיים וקהילתיים שנאספו מהימים המקביל, נראה כי סוף סוף חשדותיו של בן אבון מצאו כמה צעדים: שננגו שחרר לאוויר כמויות של חומרים רעילים חמישה מכל שבעת הימים.

ערוץ שננגו

חודש לאחר מכן הודיעה DTE אנרגיה כי תסגור את מתקן שננגו שלה, תוך שהיא מציינת שוק פלדה חלש וחוסר לקוחות. עד ינואר, המפעל אפף את קבוצת הפחם האחרונה שלו וכעת הוא אמור להריסה.

"הם אמרו שמדובר בסוגיות כלכליות, אבל אני תוהה אם ציר הזמן השתנה בגלל הלחץ של הקהילה", אמרה בי דיאס, מנהלת הפרויקטים של מעבדת CREATE. "האלגוריתם היה כלי שנתן לקולותיהם משקל רב יותר, רגל נוספת לביצוע מקרה. אבל הטכנולוגיה לא הייתה עובדת אם לא הייתה לה קהילה פעילה שתשתמש בה, אנשים שישימו אותה לפני מקבלי החלטות ללא הרף."

הקבוצה של דיאס מואשמת בקשר ישיר עם קהילות בכדי לספק להם פתרונות חומרה, תוכנה ופתרונות אחרים כדי לתת מענה לחששותיהם. אלגוריתם ראיית המחשב התגלה כמימוש חזק במיוחד של אותו מנדט. אבל זו רק דוגמא אחת בתחום שחווה צמיחה מדהימה בשנים האחרונות: כלים היי-טק למדע האזרחים.

מעבר לכל גישה

אפילו אם אין לך מפעל המוציא אוויר רע בחצר האחורית שלך, אולי עדיין תרצה להסתבך במין מדע אזרחי - מחקר שמבצעים חובבנים נלהבים, לבד או בשיתוף עם מדענים מקצועיים. למזלכם, יש משהו לכולם.

רוצה לעזור בבחירת טרה-בתים של נתוני טלסקופ חלל כדי למצוא exoplanets וקוואזרים? ראש אל זונייברס. אולי יש לך פרויקט מעבדה בראש, אבל אינך יכול להרשות לעצמך את הציוד. אין בעיה; הדפיס את החלקים מתכנית מתכננת במעבדת הקוד הפתוח של אפרופדיה.

מה לגבי ביולוגיה של DIY? מרחבי ביו מקומיים, כמו BioCurious בסנטה קלרה, קליפורניה, או מרחב המדע התת-קרקעי בבולטימור במרילנד, יכולים לייעץ ולסייע בפרויקטים שנעים בין מיצוי DNA וכלה בהדפסת תרביות תאים.

התייחסות לפרויקטים ונתוני מקורות קהל הם שניים מהעיסוקים העיקריים במדע האזרחים, וגורם מרכזי לכך הוא העצמה.

גרטכן גרך, דובר הנתונים והסנגורים במעבדה ציבורית אמר: "עידן הפיקוח הפדרלי האחרון זה מאיר זרקור לאחרונה על אי הספירות והפערים בפיקוח. כשאנחנו לא יכולים לסמוך על התערבות ממשלתית, עלינו לסמוך על עצמנו." אבל גישה לכלים הדרושים לביצוע עבודה זו יכולה להיות אתגר, הוסיפה.

לעתים קרובות "גישה" מתורגמת ל"הופכת את הדברים לזולים יותר ". בזכות העלות הצוללת והולכת של חיישנים ומיקרו-בקרים, הגישה לנתוני לוויין והנכונות של אחרים לחלוק מומחיות טכנית, כלים מתוחכמים שהיו זמינים רק לחוקרים מוסדיים נמצאים כעת תחת מי שרוצה אותם.

(צילום: אנדרו ת'אלר)

קחו בחשבון את עיצובי הספקטרומטר מבוססי Raspberry Pi שמתארחים בדפי הקהילה של המעבדה הציבורית. ספקטרומטרים משמשים לקביעת מידע על חפץ או חומרים באמצעות ניתוח תכונות האור שלו. גרסת כף יד מסחרית מריצה כ -1, 500 דולר; סוס עבודה מגושם במעבדה הוא פי חמש. או עם קצת הדרכה, אתה יכול לבנות לעצמך אחד בכ- $ 70.

חלוץ אזרח-מדע נוסף הוא אנדרו ת'אלר (בתמונה למטה), חוקר ים-ים וייעוץ לאקולוגיה ימית שהקים את האוקיאנוגרפיה לכולם בגלל חסמי גישה. המטרה המוצהרת של הארגון: "העצמת חוקרים, אנשי חינוך ומדענים אזרחיים באמצעות חומרה בעלת קוד פתוח נמוך."

הכלי העיקרי שתלר עבד על פיתוח היה CTD, המשמש באוקיאנוגרפיה למדידת מוליכות (מליחות), טמפרטורה ולחץ. זה כלי חיוני ללימוד והבנה של סביבה מימית - אבל אם אתה רוצה כזה, התכונן למזלג מעל 6, 000 דולר לפחות, עד לרבבות.

(צילום: אנדרו ת'אלר)

עם הרבה סבלנות ושיתוף פעולה עם חברים ועמיתים, פיתח ת'אלר CDT במחיר של 300 דולר. הרכיב היקר ביותר הוא החיישן עצמו, שפועל כמעט 200 $. עם זאת, שנבדק לצד מכשיר שעלה פי 200 יותר, ה- CTD של ת'אלר החזיר נתונים בטווח שגיאה של 2 אחוז מהיחידה היקרה יותר.

"יש צורך רלוונטי יותר ויותר להזכיר למדענים שהם גם אזרחים, " אמר ת'אלר. "בטח, אולי תהיה לך גישה למענק מחקר עצום ותוכל לקנות יחידה מסחרית בסך 60, 000 $. אבל זה מכשול עצום לכניסה לקבוצות קהילתיות שרוצות לפקח על נתיבי המים שלהן. אם גם תתחיל לתמוך בתוכניות שהופכות את אותו היצירה ציוד זול יותר, הרבה יותר מדע נעשה."

הגישה לכלי ניטור ורובוטיקה סייעה לפחות לקהילה ימית אחת להשיג מטרה מרכזית. במקסיקו, השתמשו במספר כפרי דייגים ב- Open ROV, אותה פלטפורמת רובוטיקה עם קוד פתוח שתילר משתמש בתוכניות האימונים שלו, בכדי לערוך סקרים על אגרגיות ההשרצה של נחו. הגרופר הוא דג שונית מפתח כמו גם מין מסחרי חשוב מאוד, והקהילה הקימה אזור מוגן ימי שיגן עליו מפני מחיקת הצניחים.

(צילום: מישל ז. דונהיו)

חיזוי בעיות

בפיטסבורג, מעבדת CREATE לא הפסיקה עם שננגו. נדבך נוסף במשימתו הוא לעזור לקהילות לבנות על הידע והכלים שהם משיגים באמצעות עבודה עם מדעני CMU. ופיטסבורג היא מה שהיא, עדיין במידת האחיזה של מורשתה בימי פלדה, שננגו אינו הדבר היחיד שעושה צחנה.

היכנסו לריח פיטסבורג, אפליקציה שיצאה מהעבודה של Shenango במעבדה של CREATE. האפליקציה עדיין בפיתוח ונראית ככלי שיכול לשמש בסופו של דבר בכל עיר במדינה, האפליקציה מאפשרת לתושבים לתייג ריחות סביבתיים פוגעניים, שנרשמים באפליקציה וגם מדווחים למחלקת הבריאות המקומית. לאחר הכניסה, האפליקציה מציגה מפה המציגה דוחות ריח אחרים מאותו היום והשעה.

מארק דיקסון, תיעודי ומהנדס תעשיה מבוסס בפיטסבורג, תיאר את האפליקציה כדרך להניע אנשים להיות מעורבים במשהו שהם היו רוצים לשנות בסביבתם.

"יש 'עמק הסבל' הזה שמתרחש כשאתה מדווח על בעיות ושום דבר לא קורה, " אמר דיקסון. "האפליקציה הזו מאיצה אנשים דרך העמק ההוא - והדבר הראשון שהם רואים הוא שהם לא לבד. בנוסף הם באמת יכולים לראות את היקף הבעיה."

דיקסון פועל לבניית השימושיות של האפליקציה. פרויקט אחד כלל פיתוח אלגוריתם המשלב דוחות ריח פיטסבורג ונתוני שירות מזג האוויר הלאומי כדי לנסות לחזות את ימי ה- #Stinkburgh הקרובים, כפי שהם מתויגים בטוויטר. לאחר שהשיג אחוזי הצלחה של בערך 75 אחוזים במהלך תקופת מבחן של 10 יום, דיקסון שיתף את המידע שלו עם קבוצה של גיקים נתונים מקומיים, כולל מפתח ריח פיטסבורג. כתוצאה מכך, היכולת לחזות בצורה אמינה יותר ימי אוויר רע עלולה להתקרב בגרסאות עתידיות של האפליקציה.

חיזוי הוא גם יעד אחד של אפליקציה מסוג אחר, Mapper Habitat Mapper. האפליקציה הושקה ביוני 2017 על ידי המכון לאסטרטגיות סביבתיות עולמיות (IGES) בשיתוף עם נאס"א. מטרתה של האפליקציה היא לזהות ולחסל בית גידול של יתושים מסוכנים.

האפליקציה נבדקה כבר בברבודה, פרו וצ'ילה, ומכשירה אנשים לזהות זחלי יתושים שהם מוצאים, להצמיד תמונה ולבטל מים עומדים, וגם לרשום זמן, מיקום, תאריך ותנאי סביבה מקומיים במאגר המידע של האפליקציה. נכון להיום, הפרויקט צבר כ -1, 500 נקודות נתונים - עדיין לא מספיק כדי להניח תחזיות משמעותיות. אבל התקווה היא שבטווח הארוך, הצטברות נתונים טובים יותר מהאדמה במקומות בהם המחלה הנישאת יתושים היא נושא רציני בבריאות הציבור, יכולה לסייע בשיפור מודלי החיזוי, המבוססים כיום על נתוני מזג אוויר ואקלים שנאספו על ידי לוויינים..

"יש הרבה שאנחנו לא יודעים על איך יתושים מגיבים למיקרו-אקלים", אמר רוסטי לוא, מדען בכיר ב- IGES שהוביל את פיתוח האפליקציה. "אנו מחפשים כלים תת-אזוריים, שמתקיימים בעובדי בריאות הציבור וקהילותיהם בכדי להבין טוב יותר את הסיכון שלהם למחלות."

בבולטימור, קוביות מזג האוויר של אנה סקוט, דוקטורנט של ג'ונס הופקינס, יוכלו גם לתת למתכננים עירוניים יותר לעבוד איתם כשמדובר בתכנון ערים בריאות בעתיד חם יותר. הקוביות של סקוט, שהתרחשו כגידול של מחקריה על חום עירוני, מצוידות בחיישנים מבוססי ארדואינו למדידת טמפרטורה, לחות, אוזון, חנקן דו חמצני, דו תחמוצת הגופרית ומימן גופרתי. חמישים קוביות פרוסים על 25 אתרים ברחבי העיר, וסקוט מקווה להוציא יותר מהם בקיץ הקרוב.

(צילום: אנה סקוט)

נתוני פיקוח מוקדמים העלו כי מספר גדול יותר של שטחים ירוקים קטנים, כמו פארקי כיס, יכול להיות טוב יותר להפחתת הטמפרטורות ברחבי העיר מאשר מספר פארקים גדולים, כך לפי קריסטין באחה, לשעבר מתכננת חוסן האקלים בבולטימור. מידע זה יכול להעביר את תפיסת 16, 000 המגרשים הפנויים בעיר ממצב למועיל.

בשכונת תחנת טרנר של בולטימור, לארי באנרמן מארח שתיים מהקוביות של סקוט. קהילתו האפריקנית-אמריקאית בעיקר בעלת ניסיון במאבק במזהמים מקומיים ונסערת להגנה. הוא אמר שהוא שמח שיש כרטיס נוסף בסיפון שלו, אם יזדקק לו.

"תהיה לנו תמונה צלולה של מה שיש באוויר שלנו, " אמר. "הידע בכיס שלנו יהיה הנכס הגדול ביותר שלנו אם נצטרך לבצע כמה שינויים."

נוף מהחלל

לדעתו של ג'ון עמוס, תורמי אזרחים הולכים להיות המפתח להתמודדות עם בעיה שנמצאת לעיתים קרובות במוחו: הפיכת כמויות אדירות של נתונים חזותיים לשימושיים יותר.

העמותה שהקים, SkyTruth, השתמשה בניתוח תמונות לוויין כדי להראות כי שפיכת הנפט של Deepwater Horizon בשנת 2010 הייתה גדולה מההערכות הרשמיות של BP. אף על פי שהקבוצה ממשיכה להשתמש בעיניים אנושיות כדי לפקח על תמונות לוויין להשפעות על הסביבה כתוצאה מהשפעות, כריית פני שטח ופעילות תעשייתית אחרת, SkyTruth פועלת בימים אלה למען הוספה של בינה מלאכותית, למידת מכונות ונתונים גדולים לתערובת.

SkyTruth Alerts הוא שירות שמשתמשים יכולים להירשם אליו כדי לקבל הודעה על שינויים סביבתיים מסוימים באזור מסוים - נניח היתר קידוח גז חדש, הפרה של היתר או דיווח על דליפה כימית או דליפת גז טבעי. ההתחלה פותחה בתחילה ככלי ביתי, וכעת מגרדת ההתראות משמר החופים ומאתרי הדיווח הממלכתיים-סביבתיים. כ -3, 000 אנשים הם משתמשים נוכחיים בכלי זה.

האבולוציה של השירות נועדה לכלול יותר ויותר מקורות וכלים של נתונים, ולהשתמש במערכות AI ומכונות למידה כדי להשוות בין תמונות לוויין חדשות לצד תמונות היסטוריות. בעזרת סוגים של אזכורים, ניתוח יכול לאתר שינויים עוד לפני שהם מדווחים בערוצים הרשמיים.

הגביע הקדוש הוא לאפשר למשתמשים לשתף את התצפיות וההתראות שלהם בעצמם, ובכך ליצור מגוון קהילות עם חששות משותפים.

למעשה, נתונים ממקור ההמונים שתרמו משתמשי SkyTruth לפרויקט נפרד, FrackFinder, הביאו למספר מחקרים שדחפו את מרילנד לאסור על שבריריות בשנת 2017. חוקר הבריאות הציבורי של ג'ונס הופקינס, בריאן שוורץ, בדק כמה השלכות בריאותיות של מגורים ליד בארות שבריר, כולל אסטמה ושיעורי לידה מוקדמים. למרות שהוא גילה מקורות נתונים רבים למחקרים, אין "אלטרנטיבות" לסוג הנתונים שמשתמשי SkyTruth תרמו, הוא אמר.

"נפגשנו עם נבחרי מדינה מספר פעמים והצגנו את ממצאינו וענינו על כל שאלותיהם", אמר שוורץ. "דיווחו על חלקם בסיפורי עיתונים ובמקומות אחרים כי 'מחקרי הבריאות של ג'ונס הופקינס' שכנעו אותם לבסוף להצביע בעד האיסור. אלה המחקרים שלנו."

עמוס מציין כי כוחה של התבוננות אנושית מקומית בשטח בשילוב יכולות ריסוק הנתונים של מחשוב ענן מאפשר לראות בעיות פוטנציאליות מתגלות בזמן אמת.

עמוס אמר כי "זה לא רק על דברים שכבר קרו, אלא גם דברים שקורים בסביבה לפני שהם יודעים על כך משהו, כדי להיות מודעים לכך שקורה משהו שאנחנו צריכים לשים לב אליו." "בעיניי, זה התחדשות טכנולוגית מונעת שורשים של הסביבה."

והעניין בלרתום טכנולוגיה מתפתחת כדי פשוט להיות סקרנים רק יגדל מכאן, הוסיף Dias Lab של ה- DAB.

"טכנולוגיות מסוג זה לא צריכות להיות רק במעבדות או בחללים עתיקים יותר", אמרה. "הם צריכים להיות נגישים לאנשים יומיומיים, ליצור ולא רק לצרוך. הרעיון הוא שברגע שאנשים רהוטים יותר בטכנולוגיה, הם יכולים להוריד דברים יומיומיים מהמדף ולפרוץ משהו ביחד שעובד עבורם."