Ilmu Citizen: coba ini di rumah

Pada November 2015, beberapa ratus orang berkumpul untuk mengadakan pertemuan di Ben Avon, lingkungan sekitar 2.000 orang yang terletak di sepanjang Sungai Ohio barat laut Pittsburgh. Seperti majelis-majelis seperti ini sebelumnya, penduduk datang untuk mengetahui yang terbaru tentang tetangga yang tidak disukai.

Tetangga itu adalah Shenango Coke Works, sebuah pabrik pemrosesan batu bara yang terletak di ujung sebuah pulau yang berhadapan langsung dengan Ben Avon. Warga sudah lama menduga emisi pabrik secara teratur mencemari udara sedemikian rupa sehingga tinggal di sana ada bahaya. Mereka menyalahkan udara buruk untuk asma, mual, sakit kepala, dan berbagai penyakit lain yang mereka dan keluarga mereka derita. Tetapi di masa lalu, mereka tidak memiliki bukti definitif, di luar pengalaman mereka sendiri.

Jadi, mereka menemukan beberapa.

Tidak lama setelah pertemuan dimulai, dengan perwakilan dari Badan Perlindungan Lingkungan AS duduk di barisan depan, ilmuwan komputer Universitas Carnegie Mellon, Randy Sargent, bangkit dan mulai berputar-putar melalui video selang waktu dari kamera. Dia telah membantu lingkungan menunjuk ke arah Shenango.. Mengambil frame setiap 5 detik, 24 jam sehari, kamera membuatnya lebih mudah untuk melakukan apa yang komunitas coba lakukan selama bertahun-tahun: menonton asap.

Membedakan awan beracun dari uap semata adalah bisnis yang rumit, sehingga masyarakat beralih ke Sargent, yang bekerja di Lab CREATE CMU (Robotika Komunitas, Pendidikan, dan Pemberdayaan Teknologi). Dia dan rekannya Yen-Chia Hsu mengembangkan algoritma visi komputer untuk memilih jenis asap yang buruk di setiap gambar.

Dijahit bersama dari ratusan frame, video yang dihasilkan menunjukkan gulungan lingkaran awan hitam, coklat, biru, dan oranye dari satu bulan. Dipasangkan dengan data sensor federal, lokal, dan komunitas yang dikumpulkan dari hari-hari yang sesuai, kecurigaan Ben Avon akhirnya tampaknya menemukan beberapa pijakan: Shenango melepaskan sejumlah zat beracun yang masuk ke udara lima dari setiap tujuh hari.

Saluran Shenango

Satu bulan kemudian, DTE Energy mengumumkan akan menutup fasilitas Shenango, mengutip pasar baja yang lemah dan kurangnya pelanggan. Pada Januari, pabrik itu telah memanggang batu bara terakhir dan sekarang siap untuk dibongkar.

"Mereka mengatakan itu masalah ekonomi, tetapi saya bertanya-tanya apakah timeline berubah karena tekanan dari masyarakat, " kata Bea Dias, direktur proyek untuk CREATE Lab. "Algoritme adalah alat yang memberi suara mereka lebih berat, kaki tambahan untuk membuat kasus. Tapi teknologi itu tidak akan bekerja jika tidak memiliki komunitas aktif untuk menggunakannya, orang-orang meletakkannya di depan pembuat keputusan terus-menerus."

Kelompok Dias ditugasi untuk terlibat langsung dengan komunitas untuk menyediakan perangkat keras, perangkat lunak, dan solusi lainnya untuk mengatasi masalah mereka. Algoritma visi komputer ternyata merupakan realisasi kuat dari mandat itu. Tapi itu hanya satu contoh di bidang yang mengalami pertumbuhan luar biasa dalam beberapa tahun terakhir: alat teknologi tinggi untuk ilmu pengetahuan warga.

Akses Semua-Akses

Bahkan jika Anda tidak memiliki pabrik yang mengeluarkan udara buruk di halaman belakang Anda, Anda mungkin masih ingin terlibat dalam beberapa jenis ilmu pengetahuan warga negara - yang merupakan penelitian yang dilakukan oleh para amatir yang antusias, baik sendirian atau bersama dengan ilmuwan profesional. Beruntung bagi Anda, ada sesuatu untuk semua orang.

Ingin membantu memilih terabyte data teleskop ruang angkasa untuk menemukan exoplanet dan quasar? Kepala ke Zooniverse. Mungkin Anda memiliki proyek laboratorium dalam pikiran, tetapi Anda tidak mampu membeli peralatan. Tidak masalah; mencetak bagian-bagian dari cetak biru pada Lab Sumber Terbuka Appropedia.

Bagaimana dengan beberapa biologi DIY? Biospaces lokal, seperti BioCurious di Santa Clara, California, atau Baltimore Underground Science Space di Maryland, dapat memberi saran dan membantu dengan berbagai proyek mulai dari ekstraksi DNA hingga pencetakan kultur sel.

Bermain-main dengan proyek-proyek dan data crowdsourcing adalah dua pekerjaan utama sains warga negara, dan stimulus utama untuk itu adalah pemberdayaan.

"Era deregulasi federal yang baru-baru ini menjadi sorotan pada ketidakcukupan dan kesenjangan dalam pengawasan, dan ketika kita tidak bisa bergantung pada intervensi pemerintah, kita harus mengandalkan diri kita sendiri, " kata Gretchen Gehrke, pelayan data dan advokasi dengan Public Lab. Tetapi akses ke alat yang diperlukan untuk melakukan pekerjaan itu bisa menjadi tantangan, tambahnya.

"Akses" sering kali diterjemahkan menjadi "membuat segalanya lebih murah." Berkat biaya sensor dan mikrokontroler yang terus turun, akses ke data satelit dan kesediaan orang lain untuk berbagi keahlian teknis, alat-alat canggih yang dulu hanya tersedia bagi para peneliti kelembagaan kini ada di tangan siapa pun yang menginginkannya.

(Foto: Andrew Thaler)

Pertimbangkan desain spektrometer berbasis Raspberry Pi yang diselenggarakan oleh halaman komunitas Public Lab. Spektrometer digunakan untuk menentukan informasi tentang suatu benda atau zat melalui analisis sifat cahayanya. Versi genggam komersial berharga sekitar $ 1.500; pekerja keras laboratorium besar adalah lima kali lipat. Atau dengan sedikit panduan, Anda dapat membangunnya sendiri untuk sekitar $ 70.

Pelopor ilmu pengetahuan warga negara lainnya adalah Andrew Thaler (gambar di bawah), seorang peneliti laut dalam dan konsultan ekologi kelautan yang memulai Oseanografi untuk Semua Orang karena hambatan akses. Tujuan organisasi yang dinyatakan: "Memberdayakan peneliti, pendidik, dan ilmuwan warga negara melalui perangkat keras sumber terbuka yang murah."

Alat utama yang dikembangkan Thaler adalah CTD, digunakan dalam oseanografi untuk mengukur konduktivitas (salinitas), suhu, dan tekanan. Ini adalah alat penting untuk mempelajari dan memahami lingkungan akuatik - tetapi jika Anda menginginkannya, bersiaplah untuk membayar lebih dari $ 6.000 setidaknya, hingga puluhan ribu.

(Foto: Andrew Thaler)

Dengan banyak kesabaran dan kolaborasi dengan teman dan kolega, Thaler mengembangkan CDT seharga $ 300. Komponen yang paling mahal adalah sensor itu sendiri, yang berjalan hampir $ 200. Namun diuji bersama perangkat yang harganya 200 kali lebih mahal, CTD Thaler mengembalikan data dalam margin kesalahan 2 persen dari unit yang lebih mahal.

"Ada kebutuhan yang semakin relevan untuk mengingatkan para ilmuwan bahwa mereka juga warga negara, " kata Thaler. "Tentu, Anda mungkin memiliki akses ke hibah penelitian besar-besaran, dan Anda dapat membeli unit komersial $ 60.000. Tapi itu penghalang besar untuk masuk bagi kelompok masyarakat yang ingin memantau saluran air mereka sendiri. Jika juga mulai mendukung program yang membuat bagian yang sama peralatan yang lebih murah, lebih banyak ilmu yang dilakukan."

Akses ke alat pemantauan dan robotika telah membantu setidaknya satu komunitas laut mencapai tujuan utama. Di Meksiko, beberapa desa nelayan menggunakan Open ROV, platform robotika sumber terbuka yang sama yang digunakan Thaler dalam program pelatihannya, untuk melakukan survei agregasi pemijahan ikan kerapu Nassau. Kerapu adalah ikan karang utama dan juga spesies komersial yang sangat penting, dan masyarakat membentuk daerah perlindungan laut untuk melindunginya dari dihancurkan oleh pemburu liar.

(Foto: Michelle Z. Donahue)

Memprediksi Masalah

Di Pittsburgh, CREATE Lab tidak berhenti dengan Shenango. Bagian lain dari misinya adalah membantu masyarakat membangun pengetahuan dan alat yang mereka peroleh dengan bekerja bersama para ilmuwan CMU. Dan Pittsburgh menjadi seperti itu, masih agak dalam cengkeraman warisan zaman baja, Shenango bukan satu-satunya yang membuat bau busuk.

Masukkan Smell Pittsburgh, sebuah aplikasi yang keluar dari karya Cenang Shenango Lab. Masih dalam pengembangan dan dibayangkan sebagai alat yang pada akhirnya dapat digunakan di kota mana pun di negara ini, aplikasi ini memungkinkan warga menandai bau lingkungan yang menyinggung, yang dicatat dalam aplikasi tersebut serta dilaporkan ke departemen kesehatan setempat. Setelah masuk, aplikasi menampilkan peta yang menunjukkan laporan bau lainnya dari hari dan waktu yang sama.

Mark Dixon, seorang insinyur dokumenter dan insinyur industri yang berbasis di Pittsburgh, menggambarkan aplikasi ini sebagai cara untuk memotivasi orang untuk terlibat dengan sesuatu yang mereka ingin ubah tentang lingkungan mereka.

"Ada 'lembah malaise' ini yang terjadi ketika Anda melaporkan masalah dan tidak ada yang terjadi, " kata Dixon. "Aplikasi ini mempercepat orang melalui lembah itu - dan hal pertama yang mereka lihat adalah bahwa mereka tidak sendirian. Ditambah lagi mereka benar-benar dapat melihat ruang lingkup masalahnya."

Dixon berupaya membangun kegunaan aplikasi. Salah satu proyek melibatkan pengembangan algoritme yang menggabungkan laporan Smell Pittsburgh dan data Layanan Cuaca Nasional untuk mencoba dan memprediksi hari #Stinkburgh yang akan datang, karena ditandai di Twitter. Setelah mencapai tingkat keberhasilan sekitar 75 persen selama periode pengujian 10 hari, Dixon berbagi informasinya dengan sekelompok ahli data lokal, termasuk pengembang Smell Pittsburgh. Akibatnya, kemampuan untuk memprediksi hari udara buruk dengan lebih andal mungkin akan muncul di versi aplikasi yang akan datang.

Prediksi juga merupakan salah satu tujuan dari berbagai jenis aplikasi, Mosquito Habitat Mapper. Diluncurkan pada Juni 2017 oleh Institute for Global Environmental Strategies (IGES) bekerja sama dengan NASA, aplikasi ini bertujuan untuk mengidentifikasi dan menghilangkan habitat nyamuk berbahaya.

Sudah diuji di Barbuda, Peru, dan Chili, aplikasi ini melatih orang untuk mengidentifikasi jentik nyamuk yang mereka temukan, mengambil gambar, dan menghilangkan air yang tumpah, dan juga untuk mencatat waktu, lokasi, tanggal, dan kondisi lingkungan setempat ke dalam basis data aplikasi. Hingga saat ini, proyek telah mengumpulkan sekitar 1.500 titik data - belum cukup untuk membuat prediksi yang berarti. Tetapi harapannya adalah bahwa dalam jangka panjang, akumulasi data yang lebih baik dari tanah di tempat-tempat di mana penyakit yang ditularkan nyamuk adalah masalah kesehatan masyarakat yang serius dapat membantu memperbaiki model prediksi, yang saat ini didasarkan pada data cuaca dan iklim yang dikumpulkan oleh satelit..

"Ada banyak yang kita tidak tahu tentang bagaimana nyamuk merespons iklim mikro, " kata Rusty Low, seorang ilmuwan senior di IGES yang mempelopori pengembangan aplikasi. "Kami sedang mencari alat subregional, subseasonal yang dapat digunakan oleh petugas kesehatan masyarakat dan masyarakat untuk lebih memahami risiko mereka terhadap penyakit."

Di Baltimore, siswa doktoral Johns Hopkins, Anna Scott's Weather Cubes juga bisa memberi perencana kota lebih banyak untuk bekerja ketika datang ke perencanaan untuk kota-kota sehat di masa depan yang lebih hangat. Kubus Scott, yang muncul sebagai hasil dari studinya tentang panas perkotaan, dilengkapi dengan sensor berbasis Arduino untuk mengukur suhu, kelembaban, ozon, nitrogen dioksida, sulfur dioksida, dan hidrogen sulfida. Lima puluh kubus dikerahkan di 25 lokasi di sekitar kota, dan Scott berharap untuk menempatkan lebih banyak dari mereka musim panas ini.

(Foto: Anna Scott)

Data pemantauan awal mengungkapkan bahwa lebih banyak ruang hijau kecil, seperti taman saku, bisa lebih baik untuk menurunkan suhu di seluruh kota daripada beberapa taman besar, menurut Kristin Baja, mantan perencana ketahanan iklim Baltimore. Informasi itu dapat menggeser persepsi 16.000 lot kota yang kosong dari hawar menjadi menguntungkan.

Di lingkungan Turner Station Baltimore, Larry Bannerman menjadi tuan rumah dua kubus Scott. Komunitasnya yang didominasi orang Afrika-Amerika memiliki pengalaman dalam memerangi pencemar lokal dan agitasi untuk perlindungan. Dia mengatakan dia senang memiliki kartu tambahan di geladaknya, jika dia membutuhkannya.

"Kita akan memiliki gambaran yang jernih tentang apa yang ada di udara kita, " katanya. "Pengetahuan itu di saku kita akan menjadi aset terbesar kita jika kita perlu melakukan beberapa perubahan."

A View From Space

Dalam pandangan John Amos, kontributor warga akan menjadi kunci untuk mengatasi masalah yang sering ada di pikirannya: membuat data visual dalam jumlah besar lebih bermanfaat.

Nirlaba yang ia dirikan, SkyTruth, menggunakan analisis citra satelit untuk menunjukkan bahwa tumpahan minyak Deepwater Horizon pada 2010 lebih besar dari perkiraan BP yang diumumkan secara publik. Meskipun kelompok ini terus menggunakan mata manusia untuk memantau citra satelit untuk dampak lingkungan dari tumpahan, penambangan permukaan, dan aktivitas industri lainnya, SkyTruth saat ini bekerja untuk menambah kecerdasan buatan, pembelajaran mesin, dan data besar ke dalam campuran.

SkyTruth Alerts adalah pengguna layanan yang dapat mendaftar untuk diberitahu tentang perubahan lingkungan tertentu di area tertentu - misalnya izin pengeboran gas baru, pelanggaran izin, atau laporan tumpahan bahan kimia atau kebocoran gas alam. Awalnya dikembangkan sebagai alat in-house, peringatan saat ini mengorek dari Coast Guard dan situs pelaporan departemen negara-lingkungan. Sekitar 3.000 orang adalah pengguna alat ini saat ini.

Evolusi layanan ini bertujuan untuk memasukkan lebih banyak sumber data dan alat, dan menggunakan AI dan sistem pembelajaran mesin untuk membandingkan citra satelit baru dengan citra historis. Dengan referensi semacam itu, analisis dapat mendeteksi perubahan bahkan sebelum dilaporkan melalui saluran resmi.

Cawan suci adalah untuk memungkinkan pengguna untuk berbagi pengamatan dan peringatan mereka sendiri, sehingga menciptakan berbagai komunitas dengan keprihatinan bersama.

Faktanya, data yang berasal dari sumber orang yang disumbangkan oleh pengguna SkyTruth untuk proyek terpisah, FrackFinder, menghasilkan beberapa penelitian yang mendorong Maryland untuk melarang fracking pada 2017. Peneliti kesehatan masyarakat Johns Hopkins, Brian Schwartz melihat beberapa implikasi kesehatan dari tinggal di dekat sumur fracking, termasuk asma dan angka kelahiran prematur. Meskipun ia menggunakan banyak sumber data untuk penelitian ini, tidak ada alternatif untuk tipe data yang dikontribusikan oleh pengguna SkyTruth, katanya.

"Kami bertemu dengan pejabat terpilih negara beberapa kali dan mempresentasikan temuan kami dan menjawab semua pertanyaan mereka, " kata Schwartz. "Beberapa dari mereka dilaporkan, dalam cerita surat kabar dan di tempat lain, mengatakan bahwa 'studi kesehatan Johns Hopkins' akhirnya membujuk mereka untuk memilih larangan itu. Itu adalah studi kami."

Kekuatan pengamatan manusia lokal, di lapangan, yang dikombinasikan dengan kemampuan komputasi awan data, memungkinkan untuk melihat masalah potensial yang terungkap secara real time, Amos mencatat.

"Ini bukan hanya tentang hal-hal yang sudah terjadi, tetapi juga hal-hal yang terjadi di lingkungan sebelum tahu apa-apa tentang hal itu, untuk disadarkan bahwa ada sesuatu yang terjadi yang harus kita perhatikan, " kata Amos. "Bagi saya, itu adalah revitalisasi lingkungan dari akar rumput yang digerakkan oleh teknologi."

Dan minat memanfaatkan teknologi yang baru muncul untuk sekadar penasaran hanya akan tumbuh dari sini, tambah Dias dari CREATE Lab.

"Teknologi semacam ini seharusnya tidak hanya di laboratorium atau ruang yang lebih tinggi saja, " katanya. "Mereka harus dapat diakses oleh orang biasa, untuk dibuat, dan tidak hanya dikonsumsi. Dan idenya adalah bahwa sekali orang lebih fasih dalam teknologi, mereka dapat mengambil barang sehari-hari dari rak dan meretas sesuatu bersama yang bekerja untuk mereka."