Ciência do cidadão: tente isso em casa

Em novembro de 2015, várias centenas de pessoas se reuniram para uma reunião em Ben Avon, um bairro de cerca de 2.000 pessoas aninhadas ao longo do rio Ohio, a noroeste de Pittsburgh. Como nas assembléias anteriores desse tipo, os moradores haviam aprendido as últimas notícias sobre um vizinho indesejável.

Esse vizinho era a Shenango Coke Works, uma usina de processamento de carvão que ficava em uma extremidade de uma ilha em frente a Ben Avon. Há muito que os moradores suspeitavam que as emissões da usina estavam poluindo regularmente o ar a tal ponto que morar lá era um perigo. Eles culparam o ar ruim por asma, náusea, dores de cabeça e inúmeras outras doenças que eles e suas famílias haviam sofrido. Mas, no passado, eles não tinham provas definitivas, fora de suas próprias experiências.

Então, eles encontraram alguns.

Pouco tempo depois do início da reunião, com um representante da Agência de Proteção Ambiental dos EUA sentado na primeira fila, o cientista da computação da Carnegie Mellon University Randy Sargent levantou-se e começou a ver vídeos de câmeras que ele ajudara o bairro a apontar para Shenango.. Tirando fotos a cada 5 segundos, 24 horas por dia, as câmeras tornaram mais fácil o que a comunidade havia tentado fazer ao longo dos anos: assistir à fumaça.

Distinguir nuvens tóxicas de mero vapor é um negócio complicado, então a comunidade se voltou para Sargent, que trabalha no CREATE Lab da CMU (Comunidade de Robótica, Educação e Capacitação Tecnológica). Ele e seu colega Yen-Chia Hsu desenvolveram um algoritmo de visão computacional para identificar tipos de fumaça ruins em cada imagem.

Costurado a partir de centenas de quadros, o vídeo resultante mostrou um rolo de nuvens pretas, marrons, azuis e alaranjadas em um único mês. Juntamente com os dados federais, locais e comunitários dos sensores coletados nos dias correspondentes, as suspeitas de Ben Avon finalmente pareciam encontrar algum fundamento: Shenango estava lançando quantidades de substâncias tóxicas que impedem a permissão de fumar no ar cinco em cada sete dias.

The Shenango Channel

Um mês depois, a DTE Energy anunciou que iria fechar suas instalações em Shenango, citando um mercado de aço fraco e falta de clientes. Em janeiro, a usina havia cozido seu último lote de carvão e agora está prevista para demolição.

"Eles disseram que eram questões econômicas, mas me pergunto se o cronograma mudou por causa da pressão da comunidade", disse Bea Dias, diretora de projetos do CREATE Lab. "O algoritmo era uma ferramenta que dava mais peso às suas vozes, uma perna extra para argumentar. Mas a tecnologia não funcionaria se não houvesse uma comunidade ativa para usá-lo, pessoas para colocá-lo na frente do tomadores de decisão constantemente ".

O grupo de Dias é encarregado de se envolver diretamente com as comunidades para fornecer hardware, software e outras soluções para atender às suas preocupações. O algoritmo de visão computacional acabou sendo uma realização particularmente poderosa desse mandato. Mas é apenas um exemplo em um campo que experimentou um crescimento impressionante nos últimos anos: ferramentas de alta tecnologia para a ciência do cidadão.

Passe de acesso total

Mesmo que você não tenha uma fábrica bombeando ar ruim em seu quintal, você ainda pode querer se envolver em algum tipo de ciência cidadã - que é uma pesquisa realizada por amadores entusiastas, sozinhos ou em conjunto com cientistas profissionais. Felizmente para você, há algo para todos.

Deseja ajudar a selecionar os terabytes de dados do telescópio espacial para encontrar exoplanetas e quasares? Vá para Zooniverse. Talvez você tenha um projeto de laboratório em mente, mas não pode comprar o equipamento. Sem problemas; imprima as peças de um modelo no laboratório de código aberto da Appropedia.

Que tal alguma biologia DIY? Os bioespaços locais, como o BioCurious em Santa Clara, Califórnia, ou o Baltimore Underground Science Space em Maryland, podem aconselhar e auxiliar em projetos que vão desde a extração de DNA até a impressão de culturas de células.

Mexer com projetos e dados de crowdsourcing são duas das principais ocupações da ciência cidadã, e um grande estímulo para isso é o empoderamento.

"Esta era recente de desregulamentação federal destaca as insuficiências e lacunas na supervisão e, quando não podemos confiar na intervenção do governo, devemos confiar em nós mesmos", disse Gretchen Gehrke, responsável por dados e advocacia do Public Lab. Mas o acesso às ferramentas necessárias para fazer esse trabalho pode ser um desafio, acrescentou ela.

"Acesso" geralmente se traduz em "tornar as coisas mais baratas". Graças ao custo cada vez maior de sensores e microcontroladores, acesso a dados de satélite e a disposição de outros de compartilhar conhecimentos técnicos, ferramentas sofisticadas, disponíveis apenas para pesquisadores institucionais, estão agora nas mãos de quem os desejar.

(Foto: Andrew Thaler)

Considere os projetos de espectrômetros baseados no Raspberry Pi hospedados nas páginas da comunidade do Public Lab. Os espectrômetros são usados ​​para determinar informações sobre um objeto ou substâncias através da análise de suas propriedades de luz. Uma versão portátil comercial custa cerca de US $ 1.500; um volumoso laboratório é cinco vezes maior. Ou com um pouco de orientação, você pode criar uma por si mesmo por cerca de US $ 70.

Outro pioneiro da ciência cidadã é Andrew Thaler (foto abaixo), pesquisador de alto mar e consultor de ecologia marinha que iniciou a Oceanography for Everyone por causa das barreiras de acesso. O objetivo declarado da organização: "Capacitar pesquisadores, educadores e cientistas cidadãos por meio de hardware de código aberto de baixo custo".

A principal ferramenta que Thaler trabalhou no desenvolvimento foi um CTD, usado em oceanografia para medir condutividade (salinidade), temperatura e pressão. É uma ferramenta essencial para estudar e entender um ambiente aquático - mas se você quiser um, prepare-se para gastar mais de US $ 6.000, no mínimo, até dezenas de milhares.

(Foto: Andrew Thaler)

Com muita paciência e colaboração com amigos e colegas, Thaler desenvolveu um CDT por US $ 300. O componente mais caro é o próprio sensor, que custa quase US $ 200. No entanto, testado em conjunto com um dispositivo que custa 200 vezes mais, o CTD da Thaler retornou dados com uma margem de erro de 2% da unidade mais cara.

"Há uma necessidade cada vez mais relevante de lembrar aos cientistas que eles também são cidadãos", afirmou Thaler. "Claro, você pode ter acesso a uma bolsa de pesquisa massiva e comprar uma unidade comercial de US $ 60.000. Mas essa é uma enorme barreira de entrada para grupos comunitários que desejam monitorar suas próprias hidrovias. Se também começar a apoiar programas que fazem a mesma peça de equipamentos mais baratos, muito mais ciência é feita ".

O acesso a ferramentas de monitoramento e robótica ajudou pelo menos uma comunidade marinha a atingir um objetivo principal. No México, várias aldeias de pescadores usaram o Open ROV, a mesma plataforma de robótica de código aberto que Thaler usa em seus programas de treinamento, para realizar pesquisas sobre agregações de desova de garoupa de Nassau. A garoupa é um peixe-chave de recife, além de uma espécie comercial de vital importância, e a comunidade estabeleceu uma área marinha protegida para protegê-lo de ser varrido por caçadores ilegais.

(Foto: Michelle Z. Donahue)

Prevendo problemas

Em Pittsburgh, o CREATE Lab não parou com o Shenango. Outro ponto de sua missão é ajudar as comunidades a desenvolver o conhecimento e as ferramentas que obtêm ao trabalhar com cientistas da CMU. E Pittsburgh sendo o que é, ainda um pouco sob o domínio de seus legados da era do aço, Shenango não é a única coisa que fede.

Digite Smell Pittsburgh, um aplicativo que saiu do trabalho de Shenango do CREATE Lab. Ainda em desenvolvimento e concebido como uma ferramenta que poderia eventualmente ser usada em qualquer cidade do país, o aplicativo permite que os residentes identifiquem odores ambientais ofensivos, que são registrados no aplicativo e relatados ao departamento de saúde local. Após o registro, o aplicativo exibe um mapa que mostra outros relatórios de cheiros no mesmo dia e hora.

Mark Dixon, um documentarista e engenheiro industrial de Pittsburgh, descreveu o aplicativo como uma maneira de motivar as pessoas a se envolverem com algo que gostariam de mudar em seu ambiente.

"Existe esse 'vale do mal-estar' que ocorre quando você relata problemas e nada acontece", disse Dixon. "Esse aplicativo acelera as pessoas através desse vale - e a primeira coisa que eles vêem é que não estão sozinhos. Além disso, eles podem realmente ver o alcance do problema".

Dixon está trabalhando para desenvolver a usabilidade do aplicativo. Um projeto envolveu o desenvolvimento de um algoritmo que combina os relatórios da Smell Pittsburgh e os dados do Serviço Nacional de Meteorologia para tentar prever os próximos dias de #Stinkburgh, conforme eles são marcados no Twitter. Depois de atingir uma taxa de sucesso de aproximadamente 75% em um período de teste de 10 dias, Dixon compartilhou suas informações com um grupo de geeks de dados locais, incluindo um desenvolvedor da Smell Pittsburgh. Como resultado, a capacidade de prever de maneira mais confiável os dias ruins no ar pode estar próxima em versões futuras do aplicativo.

A previsão também é um objetivo de um tipo diferente de aplicativo, o Mosquito Habitat Mapper. Lançado em junho de 2017 pelo Instituto de Estratégias Ambientais Globais (IGES) em parceria com a NASA, o aplicativo tem como objetivo identificar e eliminar habitats perigosos de mosquitos.

Já testado em Barbuda, Peru e Chile, o aplicativo treina pessoas para identificar larvas de mosquitos encontradas, tirar uma foto e eliminar a água parada, além de registrar a hora, o local, a data e as condições ambientais locais no banco de dados do aplicativo. Até o momento, o projeto acumulou cerca de 1.500 pontos de dados - ainda não o suficiente para fazer previsões significativas. Mas a esperança é que, a longo prazo, um acúmulo de dados melhores do solo, em locais onde as doenças transmitidas por mosquitos sejam um problema sério de saúde pública, possa ajudar a refinar modelos de previsão, que atualmente se baseiam em dados climáticos e climáticos coletados por satélites.

"Não sabemos muito sobre como os mosquitos respondem aos microclimas", disse Rusty Low, cientista sênior do IGES que liderou o desenvolvimento do aplicativo. "Estamos procurando ferramentas sub-regionais e sub-sazonais que possam ser usadas pelos trabalhadores da saúde pública e pelas comunidades para entender melhor seu risco de doença".

Em Baltimore, a Weather Cubes da aluna de doutorado da Johns Hopkins, Anna Scott, também poderia dar aos planejadores urbanos mais para trabalhar quando se trata de planejar cidades saudáveis ​​em um futuro mais quente. Os cubos de Scott, que surgiram como resultado de seus estudos sobre o calor urbano, são equipados com sensores baseados em Arduino para medir temperatura, umidade, ozônio, dióxido de nitrogênio, dióxido de enxofre e sulfeto de hidrogênio. Cinqüenta cubos são implantados em 25 locais da cidade, e Scott espera lançar mais deles neste verão.

(Foto: Anna Scott)

Dados iniciais de monitoramento revelaram que um número maior de pequenos espaços verdes, como parques de bolso, poderia ser melhor para baixar a temperatura em toda a cidade do que vários parques grandes, de acordo com Kristin Baja, ex-planejadora de resiliência climática de Baltimore. Essa informação pode mudar a percepção dos 16.000 lotes vagos da cidade de desoladora para benéfica.

No bairro Turner Station, em Baltimore, Larry Bannerman abriga dois dos cubos de Scott. Sua comunidade predominantemente afro-americana tem experiência em combater poluidores locais e em busca de proteção. Ele disse que está feliz por ter uma carta adicional em seu baralho, caso precise.

"Vamos ter uma imagem clara do que está em nosso ar", disse ele. "Esse conhecimento em nosso bolso será nosso maior patrimônio se precisarmos fazer algumas mudanças".

Uma vista do espaço

Na opinião de John Amos, os contribuintes cidadãos serão a chave para resolver um problema que muitas vezes está em sua mente: tornar grandes quantidades de dados visuais mais utilizáveis.

A organização sem fins lucrativos que ele fundou, SkyTruth, usou a análise de imagens de satélite para mostrar que o derramamento de óleo da Deepwater Horizon em 2010 foi maior do que as estimativas divulgadas publicamente pela BP. Embora o grupo continue usando os olhos humanos para monitorar imagens de satélite em busca de impactos ambientais causados ​​por derramamentos, mineração de superfície e outras atividades industriais, a SkyTruth está atualmente trabalhando para adicionar inteligência artificial, aprendizado de máquina e big data à mistura.

O SkyTruth Alerts é um serviço que os usuários podem se inscrever para serem notificados de determinadas alterações ambientais em uma área específica - digamos, uma nova permissão de perfuração de gás, uma violação de uma licença ou o relatório de um derramamento de produto químico ou vazamento de gás natural. Inicialmente desenvolvidos como uma ferramenta interna, os alertas são retirados dos sites de relatórios da Guarda Costeira e do departamento ambiental estadual. Cerca de 3.000 pessoas são usuários atuais dessa ferramenta.

A evolução do serviço visa incluir mais e mais fontes e ferramentas de dados e usar sistemas de IA e de aprendizado de máquina para comparar novas imagens de satélite com imagens históricas. Com esses tipos de referências, a análise pode detectar alterações antes mesmo de serem relatadas pelos canais oficiais.

O Santo Graal é permitir que os usuários compartilhem suas próprias observações e alertas, criando assim uma gama de comunidades com preocupações compartilhadas.

De fato, os dados provenientes de multidões contribuídos pelos usuários do SkyTruth para um projeto separado, o FrackFinder, resultaram em vários estudos que levaram Maryland a proibir o fracking em 2017. O pesquisador de saúde pública de Johns Hopkins, Brian Schwartz, analisou várias implicações para a saúde de viver perto de poços de fraturamento, incluindo asma e taxas prematuras de nascimentos. Embora ele tenha recorrido a muitas fontes de dados para os estudos, "não havia alternativas" ao tipo de dados que os usuários do SkyTruth contribuíram, disse ele.

"Nos reunimos com autoridades eleitas do estado várias vezes e apresentamos nossas descobertas e respondemos a todas as suas perguntas", disse Schwartz. "Alguns deles foram relatados, em matérias de jornais e em outros lugares, por terem dito que os 'estudos de saúde da Johns Hopkins' finalmente os convenceram a votar na proibição. Esses são os nossos estudos".

O poder da observação humana local, no terreno, combinada com as habilidades de processamento de dados da computação em nuvem, possibilita a visualização de possíveis problemas em tempo real, observou Amos.

"Não se trata apenas de coisas que já aconteceram, mas também de coisas que acontecem no ambiente antes de saber alguma coisa sobre isso, para ficar ciente de que algo está acontecendo e que devemos prestar atenção", disse Amos. "Para mim, isso é uma revitalização do ambientalismo baseada na tecnologia."

E o interesse em aproveitar a tecnologia emergente para ser simplesmente curioso só crescerá daqui, acrescentou Dias do CREATE Lab.

"Esses tipos de tecnologias não devem estar apenas em laboratórios ou em espaços superiores", disse ela. "Eles devem ser acessíveis às pessoas comuns, criar e não apenas consumir. E a idéia é que, uma vez que as pessoas sejam mais fluentes em tecnologia, elas possam tirar as coisas do cotidiano da prateleira e hackear algo que funcione para elas".