市民科学：自宅で試してみてください

2015年11月、ピッツバーグの北西にあるオハイオ川沿いに位置する約2, 000人の近所のベンエイボンで、数百人が集会のために集まりました。 この種の以前の集会と同様に、住民は歓迎されない隣人についての最新情報を知るようになりました。

その隣は、ベンエイボンの真向かいにある島の一端にまたがる石炭加工工場であるShenango Coke Worksでした。 住民は長い間、工場の排出物が定期的に大気を汚染しており、そこに住んでいると危険であると疑っていました。 彼らは喘息、吐き気、頭痛、そして彼らとその家族が苦しんでいた無数の他の病気の悪い空気を非難した。 しかし、過去には、彼ら自身の経験以外では、決定的な証拠が欠けていました。

だから、彼らはいくつかを見つけました。

会議が始まって間もなく、米国環境保護庁の代表者が最前列に座り、カーネギーメロン大学のコンピューター科学者ランディ・サージェントが立ち上がって、彼が近所をシェナンゴに向けるのを助けたカメラからのタイムラプス動画を巻き始めました。 。 カメラは、1日24時間、5秒ごとにフレームを撮影することで、コミュニティが長年にわたってやろうとしていたこと、つまり煙を見ることを容易にしました。

有毒な雲を単なる蒸気と区別するのは難しいビジネスであるため、コミュニティはSargentに頼りました。SargentはCMUのCREATE Lab（Community Robotics、Education、and Technology Empowerment）で働いています。 彼と同僚のYen-Chia Hsuは、各画像の悪い煙の種類を検出するコンピュータービジョンアルゴリズムを開発しました。

数百のフレームをつなぎ合わせて作成したビデオには、1か月間の黒、茶色、青、オレンジの雲のループリールが映っていました。 対応する日から収集された連邦、地方、およびコミュニティのセンサーデータと組み合わせて、ベンエイボンの疑惑は最終的にいくつかの足がかりを見つけたように思われました。

Shenangoチャンネル

1か月後、DTE Energyは、弱い鉄鋼市場と顧客の不足を理由に、Shenango施設を閉鎖すると発表しました。 1月までに、工場は石炭の最後のバッチを焼いており、現在は解体の予定です。

「彼らはそれが経済的な問題だと言ったが、コミュニティからの圧力のためにタイムラインが変わったのではないかと思う」とCREATE LabのプロジェクトディレクターであるBea Diasは言った。 「このアルゴリズムは、声に重みを付け、主張するための余分な足を与えるツールでした。しかし、それを使用するアクティブなコミュニティがなければ、技術は機能しませんでした。常に意思決定者。」

Diasのグループは、コミュニティに直接関与して、彼らの懸念に対処するためのハードウェア、ソフトウェア、およびその他のソリューションを提供することを担当しています。 コンピュータビジョンアルゴリズムは、その任務の特に強力な実現であることが判明しました。 しかし、これは、近年驚くべき成長を遂げた分野の一例に過ぎません。市民科学向けのハイテクツールです。

オールアクセスパス

裏庭に悪い空気を送り出す工場がない場合でも、熱心なアマチュアが単独で、または専門の科学者と協力して行う研究である、何らかの市民科学に参加したいと思うかもしれません。 幸いなことに、みんなのために何かがあります。

テラバイトの宇宙望遠鏡のデータを調べて太陽系外惑星やクエーサーを見つけたいですか？ Zooniverseに向かいます。 たぶん、あなたは実験室のプロジェクトを念頭に置いているかもしれませんが、機器を買う余裕はありません。 問題ない; Appropediaのオープンソースラボで設計図のパーツを印刷します。

DIYの生物学はどうですか？ カリフォルニア州サンタクララのBioCuriousやメリーランド州のボルチモアアンダーグラウンドサイエンススペースなどの地元のバイオスペースは、DNA抽出から細胞培養の印刷に至るまでのプロジェクトを助言および支援できます。

プロジェクトとクラウドソーシングデータのいじくりは、市民科学の主な職業の2つであり、それに対する大きな刺激はエンパワーメントです。

「最近の連邦規制緩和の時代は、監視の不十分さとギャップにスポットライトを当てています。政府の介入に頼ることができない場合、私たちは自分自身に頼らなければなりません」とPublic Labのデータおよびアドボカシースチュワードです。 しかし、その作業を行うために必要なツールにアクセスすることは難しい場合があります、と彼女は付け加えました。

「アクセス」とは、単に「ものを安くする」ことを意味します。 センサーとマイクロコントローラーの急激なコスト、衛星データへのアクセス、および技術的な専門知識を共有する他の人の意欲のおかげで、かつては機関研究者のみが利用できる洗練されたツールが、それらを望む人の手になりました。

（写真：アンドリュー・ターラー）

Public LabのコミュニティページでホストされているRaspberry Piベースの分光計の設計を検討してください。 分光計は、光の特性を分析することにより、物体または物質に関する情報を決定するために使用されます。 市販のハンドヘルドバージョンは約1, 500ドルで実行されます。 かさばるラボの主力製品はその5倍です。 または、少しのガイダンスで、約70ドルで自分で作成できます。

もう1つの市民科学の先駆者は、アクセス障害のためにOceanography for Everyoneを開始した深海研究者であり海洋生態学のコンサルタントであるAndrew Thaler（下の写真）です。 この組織の目標は、「研究者、教育者、市民科学者に低コストのオープンソースハードウェアを提供する」ことです。

Thalerが開発に取り組んだ主なツールはCTDであり、海洋学で導電率（塩分）、温度、および圧力を測定するために使用されました。 水生環境の調査と理解に不可欠なツールですが、必要な場合は、最低でも6, 000ドル以上（最大数万）の分岐を準備してください。

（写真：アンドリュー・ターラー）

忍耐と友人や同僚とのコラボレーションにより、Thalerは300ドルでCDTを開発しました。 最も高価なコンポーネントはセンサー自体で、200ドル近くを実行します。 ThalerのCTDは、200倍の費用がかかるデバイスと一緒にテストされましたが、高価なユニットの2％の誤差の範囲内でデータを返しました。

「科学者が市民でもあることを思い出させる必要性はますます高まっています」とターラー氏は言います。 「確かに、大規模な研究助成金を利用でき、60, 000ドルの商業ユニットを購入できます。しかし、それは、自分の水路を監視したいコミュニティグループにとって参入にとって大きな障壁です。より安価な機器で、より多くの科学が行われます。」

監視およびロボットツールへのアクセスは、少なくとも1つの海洋コミュニティが大きな目標を達成するのに役立ちました。 メキシコでは、いくつかの漁村が、Thalerがトレーニングプログラムで使用しているのと同じオープンソースロボットプラットフォームであるOpen ROVを使用して、ナッソーハタの産卵集合体の調査を実施しました。 ハタは重要なサンゴ礁の魚であり、非常に重要な商業種であり、コミュニティは密猟者によって一掃されるのを防ぐために海洋保護区を設立しました。

（写真：ミシェル・Z・ドナヒュー）

問題の予測

ピッツバーグでは、CREATE LabはShenangoにとどまりませんでした。 その使命のもう1つの目的は、コミュニティがCMU科学者と協力して得た知識とツールを活用できるようにすることです。 そしてピッツバーグはそれが何であるか、まだ鋼鉄時代の遺産のグリップにいくらかありますが、シェナンゴは悪臭を放つ唯一のものではありません。

CREATE LabのShenangoの作品から生まれたアプリであるSmell Pittsburghに入ります。 まだ開発中であり、最終的には全国のどの都市でも使用できるツールとして想定されているこのアプリは、住民が不快な環境臭をタグ付けできるようにします。 ロギング後、アプリは同じ日時のその他の匂いレポートを示すマップを表示します。

ピッツバーグを拠点とするドキュメンタリーおよびインダストリアルエンジニアのマークディクソンは、このアプリを、人々が自分の環境について変えたいものに携わるように動機付ける方法として説明しました。

「問題を報告しても何も起こらないときに起こる、この「mal怠感の谷」があります」とディクソンは言いました。 「このアプリは、その谷間で人々を加速させます。最初に目にするのは、彼らが一人ではないということです。さらに、問題の範囲を本当に見ることができます。」

Dixonは、アプリの使いやすさの向上に取り組んでいます。 1つのプロジェクトでは、スメルピッツバーグのレポートとNational Weather Serviceのデータを組み合わせて、Twitterでタグ付けされた#Stinkburghの今後の日を予測および予測するアルゴリズムの開発を行いました。 10日間のテスト期間で約75％の成功率を達成した後、DixonはSmell Pittsburgh開発者を含むローカルデータオタクのグループと情報を共有しました。 その結果、悪天候の日をより確実に予測する機能は、アプリの将来のバージョンで提供される可能性があります。

予測は、異なる種類のアプリ、Mosquito Habitat Mapperの1つの目標でもあります。 2017年6月に地球環境戦略研究所（IGES）がNASAと協力して立ち上げたこのアプリは、危険な蚊の生息地を特定して排除することを目的としています。

すでにバーブーダ、ペルー、チリでテストされているこのアプリは、人々が見つけた蚊の幼虫を特定し、写真を撮り、溜まった水を排除するとともに、時間、場所、日付、地域の環境条件をアプリのデータベースに記録するようにトレーニングします。 現在までに、プロジェクトには約1, 500個のデータポイントが蓄積されていますが、意味のある予測を行うにはまだ十分ではありません。 しかし、長期的には、蚊媒介性疾患が深刻な公衆衛生問題である場所での地上からのより良いデータの蓄積が、現在衛星によって収集された気象および気候データに基づいている予測モデルの改良に役立つことを望んでいます。

「蚊が微気候にどのように反応するかについて、私たちは多くのことを知りません」と、アプリの開発を主導したIGESの上級科学者であるRusty Low氏は語りました。 「私たちは、公衆衛生労働者や地域社会が病気のリスクをよりよく理解するために使用できる、準地域的、準季節的ツールを探しています。」

ボルチモアでは、ジョンズ・ホプキンス博士課程の学生であるアンナ・スコットのウェザー・キューブは、より暖かい未来の健康な都市の計画に関して、都市計画者により多くの協力を与えることができます。 スコットの立方体は、都市の熱に関する研究の結果として生まれたもので、温度、湿度、オゾン、二酸化窒素、二酸化硫黄、硫化水素を測定するためのArduinoベースのセンサーが装備されています。 50個のキューブが市内の25のサイトに配置されており、スコットはこの夏より多くのキューブを公開したいと考えています。

（写真：アンナ・スコット）

ボルティモアの元気候回復計画者であるクリスティン・バハ氏によると、初期の監視データは、ポケットパークのような小さな緑地の方が、いくつかの大きな公園よりも市内の気温を下げるのに適していることを明らかにしました。 その情報は、市の16, 000の空き地の認識を荒廃から有益に変える可能性があります。

ボルチモアのターナー駅周辺では、ラリーバナーマンがスコットのキューブを2つホストしています。 彼の主にアフリカ系アメリカ人のコミュニティは、地元の汚染者と戦い、保護のために動揺した経験を持っています。 彼は、必要に応じて、自分のデッキに追加のカードを置いて喜んでいると言った。

「私たちは、空気中にあるものの非常に明確な画像を持っているでしょう」と彼は言いました。 「何らかの変更を加える必要がある場合、ポケットにあるその知識は私たちの最大の資産になります。」

宇宙からの眺め

ジョン・エイモスの見解では、市民の貢献者は、彼の心にしばしばある問題に取り組むための鍵となるだろう：大量の視覚データをより使いやすくする。

彼が設立した非営利団体、SkyTruthは、衛星画像分析を使用して、2010年のDeepwater Horizo​​nの油流出がBPが公表した推定よりも大きいことを示しました。 このグループは、流出、露天採掘、およびその他の産業活動による環境への影響について衛星画像を監視するために人間の目を使用し続けていますが、SkyTruthは現在、人工知能、機械学習、およびビッグデータをミックスに追加することに取り組んでいます。

SkyTruth Alertsは、新しいガス掘削許可、許可違反、化学物質流出または天然ガス漏れの報告など、特定の地域における特定の環境変化を通知するためにユーザーがサインアップできるサービスです。 当初は社内ツールとして開発されましたが、現在、アラートは沿岸警備隊および州環境部の報告サイトから収集されています。 現在、約3, 000人がこのツールのユーザーです。

このサービスの進化は、ますます多くのデータソースとツールを組み込み、AIと機械学習システムを使用して、新しい衛星画像と過去の画像を比較することを目指しています。 これらの種類の参照により、分析は、公式チャンネルを通じて報告される前であっても変更を検出できます。

聖杯は、ユーザーが自分の観察と警告を共有できるようにすることであり、それにより、共通の懸念を持つコミュニティの範囲を作成します。

実際、SkyTruthユーザーが別のプロジェクトFrackFinderに提供したクラウドソーシングデータは、2017年にメリーランド州でのフラッキング禁止を推進するいくつかの研究をもたらしました。喘息および早産率。 彼は研究のために多くのデータソースを利用しましたが、SkyTruthのユーザーが提供したデータのタイプに「代替物はありません」と彼は言いました。

「州選出の役人と数回会い、調査結果を発表し、彼らのすべての質問に答えた」とシュワルツは言った。 「そのうちのいくつかは、新聞の記事などで、「ジョンズ・ホプキンスの健康調査」が最終的に禁止に投票するよう説得したと報告された。これらは私たちの調査だ」

Amos氏は、現地の現場での人間観察の力とクラウドコンピューティングのデータ処理能力を組み合わせることで、潜在的な問題がリアルタイムで明らかになることを確認できるようになりました。

「すでに起こっていることだけでなく、環境について何も知らないうちに環境で起こっていることも重要です。私たちが注意を払うべき何かが起こっていることを認識してください」 「私にとっては、それは環境保護主義の草の根的な技術主導の活性化です。」

また、CREATE LabのDiasによれば、新興技術を単に好奇心をそそるために利用することへの関心はここからのみ高まるでしょう。

「これらの種類の技術は、研究室や高機能なスペースだけにあるべきではありません」と彼女は言いました。 「それらは、消費するだけでなく、作成するために、日常の人々がアクセスできる必要があります。そして、人々が技術に習熟すると、日常の物を棚から取り出して、彼らのために働く何かを一緒にハックできるという考えです」