Citizen science: provalo a casa

Nel novembre 2015, diverse centinaia di persone si sono radunate per un incontro a Ben Avon, un quartiere di circa 2.000 persone annidate lungo il fiume Ohio a nord-ovest di Pittsburgh. Come nelle assemblee precedenti di questo tipo, i residenti erano venuti a conoscere le ultime notizie su un vicino sgradito.

Quel vicino era lo Shenango Coke Works, un impianto di lavorazione del carbone situato a cavallo tra un'estremità dell'isola e di fronte a Ben Avon. I residenti sospettavano da tempo che le emissioni dell'impianto stessero regolarmente inquinando l'aria a tal punto che vivere lì rappresentava un pericolo. Incolpavano l'aria cattiva di asma, nausea, mal di testa e una miriade di altre malattie che loro e le loro famiglie avevano sofferto. Ma in passato mancavano prove definitive, al di fuori delle proprie esperienze.

Quindi ne hanno trovati alcuni.

Non molto tempo dopo l'inizio dell'incontro, con un rappresentante dell'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti seduto in prima fila, lo scienziato informatico della Carnegie Mellon University Randy Sargent si alzò e iniziò a riprendere video time-lapse da telecamere che aveva aiutato il quartiere a dirigere verso Shenango. Scattando fotogrammi ogni 5 secondi, 24 ore al giorno, le telecamere hanno reso più semplice fare ciò che la comunità aveva cercato di fare negli anni: guardare il fumo.

Distinguere le nuvole tossiche dal semplice vapore è un affare complicato, quindi la comunità si è rivolta a Sargent, che lavora al CREATE Lab della CMU (Community Robotics, Education and Technology Empowerment). Lui e il collega Yen-Chia Hsu hanno sviluppato un algoritmo di visione artificiale per individuare i tipi di fumo cattivo in ogni immagine.

Cucito insieme da centinaia di fotogrammi, il video risultante mostrava una bobina in loop di nuvole nere, marroni, blu e arancioni di un solo mese. Insieme ai dati dei sensori federali, locali e della comunità raccolti nei giorni corrispondenti, i sospetti di Ben Avon sembravano finalmente trovare una base: Shenango stava rilasciando nell'aria quantità di sostanze tossiche che rilasciavano il permesso per cinque su sette giorni.

Il canale di Shenango

Un mese dopo, DTE Energy ha annunciato che avrebbe chiuso la sua struttura di Shenango, citando un debole mercato dell'acciaio e la mancanza di clienti. A gennaio, l'impianto aveva cotto il suo ultimo lotto di carbone ed è ora in procinto di essere demolito.

"Hanno detto che si trattava di questioni economiche, ma mi chiedo se la sequenza temporale è cambiata a causa della pressione della comunità", ha dichiarato Bea Dias, direttore del progetto di CREATE Lab. "L'algoritmo è stato uno strumento che ha dato alle loro voci più peso, una gamba in più per fare un caso. Ma la tecnologia non avrebbe funzionato se non avesse avuto una comunità attiva per usarlo, le persone per metterlo di fronte al i decisori costantemente ".

Il gruppo di Dias è incaricato di interagire direttamente con le comunità per fornire loro hardware, software e altre soluzioni per rispondere alle loro preoccupazioni. L'algoritmo di visione artificiale si rivelò una realizzazione particolarmente potente di quel mandato. Ma è solo un esempio in un campo che negli ultimi anni ha visto una crescita sorprendente: strumenti ad alta tecnologia per la scienza dei cittadini.

Pass per tutti gli accessi

Anche se non hai una fabbrica che pompa aria cattiva nel tuo cortile, potresti comunque voler essere coinvolto in un qualche tipo di scienza dei cittadini, che è la ricerca condotta da dilettanti appassionati, da soli o in concerto con scienziati professionisti. Fortunatamente per te, c'è qualcosa per tutti.

Vuoi aiutare a raccogliere terabyte di dati del telescopio spaziale per trovare esopianeti e quasar? Vai su Zooniverse. Forse hai in mente un progetto di laboratorio, ma non puoi permetterti l'attrezzatura. Nessun problema; stampare le parti da un progetto sul laboratorio open-source di Appropedia.

Che ne dici di un po 'di biologia fai-da-te? I biospace locali, come BioCurious a Santa Clara, in California, o il Baltimore Underground Science Space nel Maryland, possono consigliare e fornire assistenza per progetti che vanno dall'estrazione del DNA alla stampa di colture cellulari.

Armeggiare con progetti e dati di crowdsourcing sono due delle principali occupazioni della scienza dei cittadini e uno stimolo maggiore per questo è il potenziamento.

"Questa recente era di deregolamentazione federale mette in luce le insufficienze e le lacune nella supervisione e quando non possiamo fare affidamento sull'intervento del governo, dobbiamo fare affidamento su noi stessi", ha affermato Gretchen Gehrke, responsabile dei dati e della difesa con Public Lab. Ma l'accesso agli strumenti necessari per fare quel lavoro può essere una sfida, ha aggiunto.

"Accesso" spesso si traduce semplicemente in "rendere le cose più economiche". Grazie al costo sempre crescente di sensori e microcontrollori, l'accesso ai dati satellitari e la volontà degli altri di condividere le competenze tecniche, strumenti sofisticati una volta disponibili solo ai ricercatori istituzionali sono ora nelle mani di chiunque li desideri.

(Foto: Andrew Thaler)

Considera i design dello spettrometro basati su Raspberry Pi ospitati dalle pagine della community di Public Lab. Gli spettrometri vengono utilizzati per determinare informazioni su un oggetto o sostanze attraverso l'analisi delle sue proprietà di luce. Una versione palmare commerciale costa circa $ 1.500; un grosso cavallo da lavoro di laboratorio è cinque volte superiore. O con una piccola guida, puoi costruirne uno per te stesso per circa $ 70.

Un altro pioniere della cittadinanza scientifica è Andrew Thaler (nella foto sotto), un ricercatore di acque profonde e un consulente di ecologia marina che ha avviato Oceanography for Everyone a causa delle barriere all'accesso. L'obiettivo dichiarato dell'organizzazione: "Responsabilizzare ricercatori, educatori e cittadini scienziati attraverso hardware open source a basso costo".

Lo strumento principale che Thaler ha lavorato allo sviluppo era un CTD, utilizzato in oceanografia per misurare la conduttività (salinità), la temperatura e la pressione. È uno strumento essenziale per studiare e comprendere un ambiente acquatico, ma se ne vuoi uno, preparati a sborsare almeno $ 6.000, fino a decine di migliaia.

(Foto: Andrew Thaler)

Con molta pazienza e collaborazione con amici e colleghi, Thaler ha sviluppato un CDT per $ 300. Il componente più costoso è il sensore stesso, che costa quasi $ 200. Eppure testato insieme a un dispositivo che costa 200 volte di più, il CTD di Thaler ha restituito i dati entro un margine di errore del 2% dell'unità più costosa.

"C'è una necessità sempre più rilevante di ricordare agli scienziati che sono anche cittadini", ha detto Thaler. "Certo, potresti avere accesso a un'enorme borsa di ricerca e puoi acquistare un'unità commerciale da $ 60.000. Ma questa è un'enorme barriera per l'ingresso di gruppi di comunità che vogliono monitorare i propri corsi d'acqua. Se anche iniziare a sostenere programmi che realizzano lo stesso pezzo di attrezzature più economiche, viene fatta molta più scienza ".

L'accesso agli strumenti di monitoraggio e robotica ha aiutato almeno una comunità marina a raggiungere un obiettivo importante. In Messico, diversi villaggi di pescatori hanno utilizzato Open ROV, la stessa piattaforma di robotica open source che Thaler utilizza nei suoi programmi di addestramento, per condurre sondaggi sulle aggregazioni di cernie di cernie di Nassau. La cernia è un pesce chiave della barriera corallina nonché una specie commerciale di vitale importanza, e la comunità ha istituito un'area marina protetta per proteggerla dall'essere spazzata via dai bracconieri.

(Foto: Michelle Z. Donahue)

Problemi di previsione

A Pittsburgh, CREATE Lab non si è fermato a Shenango. Un altro aspetto della sua missione è aiutare le comunità a sviluppare le conoscenze e gli strumenti che ottengono lavorando con gli scienziati della CMU. E essendo Pittsburgh quello che è, ancora un po 'nella morsa dei suoi lasciti dell'età dell'acciaio, Shenango non è l'unica cosa che puzza.

Inserisci Smell Pittsburgh, un'app nata dal lavoro di Shenango di CREATE Lab. Ancora in fase di sviluppo e immaginata come uno strumento che potrebbe eventualmente essere utilizzato in qualsiasi città della nazione, l'app consente ai residenti di contrassegnare gli odori ambientali offensivi, che vengono registrati nell'app e segnalati al dipartimento sanitario locale. Dopo la registrazione, l'app visualizza una mappa che mostra tutti gli altri rapporti sugli odori dello stesso giorno e ora.

Mark Dixon, documentarista e ingegnere industriale con sede a Pittsburgh, ha descritto l'app come un modo per motivare le persone a impegnarsi con qualcosa che vorrebbero cambiare nel loro ambiente.

"C'è questa 'valle del malessere' che si verifica quando si segnalano problemi e non succede nulla", ha detto Dixon. "Questa app accelera le persone attraverso quella valle - e la prima cosa che vedono è che non sono soli. Inoltre possono davvero vedere la portata del problema."

Dixon sta lavorando per sviluppare l'usabilità dell'app. Un progetto prevedeva lo sviluppo di un algoritmo che combina i report di Smell Pittsburgh e i dati del National Weather Service per cercare di prevedere i prossimi giorni di #Stinkburgh, mentre vengono taggati su Twitter. Dopo aver raggiunto un tasso di successo di circa il 75% in un periodo di prova di 10 giorni, Dixon ha condiviso le sue informazioni con un gruppo di fanatici dei dati locali, tra cui uno sviluppatore di Smell Pittsburgh. Di conseguenza, la possibilità di prevedere in modo più affidabile giorni di aria cattiva potrebbe essere imminente nelle versioni future dell'app.

La previsione è anche uno degli obiettivi di un diverso tipo di app, il Mosquito Habitat Mapper. Lanciata a giugno 2017 dall'Institute for Global Environmental Strategies (IGES) in collaborazione con la NASA, l'app mira a identificare ed eliminare l'habitat pericoloso delle zanzare.

Già testata in Barbuda, Perù e Cile, l'app forma le persone a identificare le larve di zanzara che trovano, scatta una foto ed elimina l'acqua stagnante e anche a registrare l'ora, la posizione, la data e le condizioni ambientali locali nel database dell'app. Ad oggi, il progetto ha accumulato circa 1.500 punti dati, non ancora sufficienti per fare previsioni significative. Ma la speranza è che a lungo termine, un accumulo di dati migliori da terra in luoghi in cui la malattia trasmessa dalle zanzare sia un grave problema di salute pubblica possa aiutare a perfezionare i modelli di previsione, che sono attualmente basati su dati meteorologici e climatici raccolti dai satelliti.

"Ci sono molte cose che non sappiamo su come le zanzare rispondono ai microclimi", ha affermato Rusty Low, uno scienziato senior di IGES che ha guidato lo sviluppo dell'app. "Siamo alla ricerca di strumenti sub-regionali e subseasonali che possono essere utilizzati dagli operatori sanitari e dalle comunità per comprendere meglio il loro rischio di malattia".

A Baltimora, la studentessa di dottorato John Scott Hopkins Anna Scott's Weather Cubes potrebbe anche offrire agli urbanisti più lavoro con cui lavorare quando si tratta di pianificare città sane in un futuro più caldo. I cubi di Scott, che sono nati come una crescita dei suoi studi sul calore urbano, sono dotati di sensori basati su Arduino per misurare la temperatura, l'umidità, l'ozono, il biossido di azoto, il biossido di zolfo e il solfuro di idrogeno. Cinquanta cubi sono schierati in 25 siti in tutta la città e Scott spera di farne uscire altri quest'estate.

(Foto: Anna Scott)

I primi dati di monitoraggio hanno rivelato che un numero maggiore di piccoli spazi verdi, come i parchi tascabili, potrebbe essere migliore per abbassare le temperature in tutta la città rispetto a molti grandi parchi, secondo Kristin Baja, un ex pianificatore della resilienza climatica di Baltimora. Tali informazioni potrebbero spostare la percezione dei 16.000 lotti liberi della città dalla rovina alla benefica.

Nel quartiere Turner Station di Baltimora, Larry Bannerman ospita due cubi di Scott. La sua comunità prevalentemente afroamericana ha esperienza nella lotta contro gli inquinatori locali e nell'agitazione per la protezione. Ha detto che è felice di avere una carta aggiuntiva nel suo mazzo, se ne avesse bisogno.

"Avremo un'immagine cristallina di ciò che è nella nostra aria", ha detto. "Quella conoscenza nelle nostre tasche sarà la nostra più grande risorsa se avremo bisogno di apportare alcune modifiche".

Una vista dallo spazio

Secondo John Amos, i contributori cittadini saranno la chiave per affrontare un problema che spesso gli viene in mente: rendere più utilizzabili enormi quantità di dati visivi.

Il non profit da lui fondato, SkyTruth, ha utilizzato l'analisi delle immagini satellitari per dimostrare che la fuoriuscita di petrolio di Deepwater Horizon nel 2010 era più grande delle stime dichiarate pubblicamente da BP. Sebbene il gruppo continui a utilizzare gli occhi umani per monitorare le immagini satellitari per gli impatti ambientali dovuti a fuoriuscite, estrazione di superficie e altre attività industriali, SkyTruth sta attualmente lavorando per aggiungere intelligenza artificiale, apprendimento automatico e big data nel mix.

SkyTruth Alerts è un servizio a cui gli utenti possono iscriversi per essere informati di determinati cambiamenti ambientali in una determinata area, ad esempio un nuovo permesso di perforazione del gas, una violazione di un permesso o il rapporto di una fuoriuscita chimica o di una perdita di gas naturale. Inizialmente sviluppati come uno strumento interno, gli allarmi sono attualmente raccolti da siti di segnalazione della Guardia Costiera e del dipartimento ambientale statale. Circa 3.000 persone sono gli attuali utenti di questo strumento.

L'evoluzione del servizio mira a includere sempre più fonti e strumenti di dati e utilizzare i sistemi di intelligenza artificiale e di apprendimento automatico per confrontare nuove immagini satellitari con immagini storiche. Con questo tipo di riferimenti, l'analisi è in grado di rilevare le modifiche ancor prima che vengano segnalate attraverso i canali ufficiali.

Il Santo Graal è consentire agli utenti di condividere le proprie osservazioni e avvisi, creando così una serie di comunità con preoccupazioni condivise.

In effetti, i dati provenienti dalla folla forniti dagli utenti SkyTruth per un progetto separato, FrackFinder, hanno portato a diversi studi che hanno spinto il Maryland a vietare il fracking nel 2017. Il ricercatore di salute pubblica Johns Hopkins Brian Schwartz ha esaminato diverse implicazioni per la salute della vita vicino ai pozzi di fracking, tra cui asma e tassi di natalità prematuri. Sebbene abbia attinto a molte fonti di dati per gli studi, non c'erano "alternative" al tipo di dati forniti dagli utenti di SkyTruth, ha affermato.

"Abbiamo incontrato diverse volte funzionari eletti dallo stato e presentato i nostri risultati e risposto a tutte le loro domande", ha detto Schwartz. "Alcuni di loro sono stati riportati, nelle storie dei giornali e altrove, per aver affermato che gli" studi sulla salute di Johns Hopkins "li hanno infine persuasi a votare per il divieto. Questi sono i nostri studi".

La potenza dell'osservazione umana locale, sul campo, unita alle capacità di analisi dei dati del cloud computing, rende possibile lo sviluppo di potenziali problemi in tempo reale, ha osservato Amos.

"Non si tratta solo di cose che sono già accadute, ma anche di cose che stanno accadendo nell'ambiente prima di sapere qualcosa al riguardo, per essere consapevoli del fatto che qualcosa sta accadendo a cui dovremmo prestare attenzione", ha detto Amos. "Per me, si tratta di una rivitalizzazione di base dell'ambiente, basata sulla tecnologia."

E l'interesse a sfruttare la tecnologia emergente per essere semplicemente curioso crescerà solo da qui, ha aggiunto Dias di CREATE Lab.

"Questo tipo di tecnologia non dovrebbe essere solo nei laboratori o negli spazi più alti", ha detto. "Dovrebbero essere accessibili alle persone comuni, per creare e non solo consumare. E l'idea è che una volta che le persone saranno più fluenti nella tecnologia, potranno prendere le cose di tutti i giorni dallo scaffale e hackerare qualcosa che funzioni per loro".