看IBM如何用人工智能显微镜观察海洋 “蚁人”

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导语:智能显微镜(AI Microscopes)是一种超级小型自主显微镜,可以放在水中,创建浮游生物的3D模型并跟踪它们在自然环境中的行为。这种科技海洋侦察兵——“蚁人”可能有助于监控石油泄漏、预测赤潮等威胁环境的恶性事件。

因为实时海洋数据难以捉摸,到2025年,世界上一半以上的人口将生活在缺水的地区。但科学家们甚至难以收集和分析有关我们海洋,湖泊和河流实时状况的最基本数据。没有数据,无法进行分析与判断。海洋健康处于茫然无知的状态。现在,科学界有专门的传感器可用于检测水中的特定化学物质和条件,但这种定向检测会错过突发事件,比如局部环境突然出现的入侵物种,等到人类知晓并且人工进行干预的时候,很多损失已经无法挽回。

然而,现在关于浮游生物如何在其自然栖息地中表现,我们知之甚少,因为研究浮游生物通常需要收集样本并将其运送到实验室。IBM认为由人工智能驱动的机器人显微镜可以改变研究人员监测海洋健康的能力,特别是构成海洋食物链基础的微小浮游生物。

好消息是,IBM研究员Tom Zimmerman正在构建小型自主3D显微镜方面,这些显微镜可放置在水体中,以浮游生物作为环境传感器网络。放置在水体中的好处是,可以原地监测浮游生物,识别不同物种并跟踪其三维运动。这些发现可以用来更好地了解它们的行为,例如它们如何应对从温度变化到石油泄漏等各种环境变化,甚至可以用来预测人类供水的威胁,如赤潮。

浮游生物虽然渺小,但是作为传感器来监测环境的健康,其灵活性当然就不用担心了,但是也正是因为小,需要在显微镜中嵌入人工智能技术,才可以分析它们的形状,大小和行为以确定它们的健康状况。收集的这些信息和数据在云计算中处理,可以进一步深入了解海洋复杂生态系统的健康。

以下是主要负责的科学家Tom Zimmerman和理论物理学家Simone Bianco的介绍:

Tom:与Simone合作让我对环境、图像处理融合在一起。与我的导师巴顿史密斯合作,我最初发明了3D无透镜显微镜来观察鱼缸中的微小生物,浮游生物比鱼更有意思。遇到了Simone,我才知道五亿年前浮游生物使空气中的氧气增加了三倍,这个世界才有足够的氧气提供给更多的生物。现在我们可以探索高清晰度的微观世界了,我想与年轻人分享“生命在一滴水中”的惊人世界,并科普这些小动物对我们的生活和未来的重要性。

早年对微生物的研究方法,包括专业船只在海洋中航行沿途采集一定数量的微生物、卫星图像(无法识别微生物物种)、远距离图像采集技术。在过去几年中,自主水下航行器已经加入了任务,收集图像并模仿浮游生物游泳的方式来测试他们如何聚集和形成赤潮的数学理论。但是用人工智能显微镜观察海洋 “蚁人”似乎更胜一筹。

但是,分析图像内容的软件需要数据集进行训练,而这些数据集现在很缺乏。“我们真正需要的是一个全球的存档图像中心的和一个全球分类学家中心,以识别和标记这些图像,以便研究人员可以浏览生成的数据集并用它们进行科学研究。

一旦瓶颈被清除,这将彻底改变浮游生物生态学和生物海洋学。未来,IBM科学家希望能够实时检测更多微生物的状态和行为,以及微生物与环境的相互作用,以及微妙变化。通过将显微镜与VR,AR和AI相结合,更好地了解生态系统如何运作,以更好地管理地球环境。(完)

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