Skomplikowane procesy występujące w głębokościach oceanu mają klucz do zrozumienia, w jaki sposób węgiel jest cykl na naszej planecie. Mikroskopijne organizmy morskie, niezbędne do utrzymania równowagi węglowej Ziemi, od dawna trudno było zbadać ze względu na trudny charakter ich środowiska. Nowe narzędzie obiecuje przezwyciężyć te przeszkody, oferując naukowcom zdolność do replikacji warunków oceanicznych z niezwykłą precyzją i odkrywania ukrytych mechanizmów napędzających globalny cykl węglowy.

Naukowcy opracowali przełomowe urządzenie o nazwie AI-Light Spectrum Replikator (LSR), aby zrewolucjonizować badanie morskiej produktywności pierwotnej, które odgrywa kluczową rolę w globalnym cyklu węglowym. Ten innowacyjny inkubator, stworzony przez zespół prowadzony przez profesora Stašę Puškaricia z Rochester Institute of Technology, Chorwacja, wraz z współpracownikami Dr Mateo Sokač z Aarhus University, dr Živany Ninčević i Heliodor Prelesnik Dr Knut Børsheim z Institute of Marine Research w Norwegii wykorzystuje Zaawansowane algorytmy AI w celu powtórzenia widma światła in situ występującego w oceanie, umożliwiając dokładniejsze i szybkie pomiary pobierania węgla przez fitoplankton morski. Prace opisujące opracowanie i testowanie LSR zostały niedawno opublikowane w Journal of Marine Science and Engineering.

LSR stanowi znaczący postęp w związku z tradycyjnymi metodami stosowanymi do badania pierwotnej wydajności, które często walczą o dokładne powtórzenie złożonych środowisk lekkich oceanu. Według profesora Puškaricia „główną motywacją LSR było rozwiązanie ograniczeń istniejących inkubatorów, które nie mogą powtórzyć szybkich zmian światła występujących w naturalnych warunkach. Nasz system umożliwia precyzyjną kontrolę widma światła i temperatury, umożliwiając badaczom badanie strumieni węgla z niespotykaną dokładnością. ” Praca jest postrzegana jako istotny krok w lepszym zrozumieniu procesów rządzących strumieniami węgla od atmosfery do głębokiego oceanu, kluczowego czynnika regulacji klimatu.

LSR wykorzystuje kombinację technologii LED i algorytmów opartych na AI, aby precyzyjnie naśladować warunki świetlne na różnych głębokościach oceanu. System ma dwanaście kanałów diod LED pełnego spektrum, które można indywidualnie dostosować, aby pasować do napromieniowania mierzonego na różnych głębokościach. Ta zdolność ma kluczowe znaczenie dla dokładnego symulacji naturalnych warunków światła, jakie doświadcza morski fitoplankton, co z kolei pozwala na bardziej niezawodne pomiary ich aktywności fotosyntetycznej. Profesor Puškarić i jego zespół przetestowali LSR na Morzu Adriatyckim, porównując jego wydajność z tradycyjnymi metodami in situ. Wyniki wykazały silną korelację między nimi, potwierdzając skuteczność LSR.

Jednym z najbardziej innowacyjnych aspektów LSR jest wykorzystanie sztucznej inteligencji do optymalizacji procesu replikacji spektrum światła. System wykorzystuje sieć neuronową przeszkoloną w bazie danych krzywych widma świetlnego, które są następnie udoskonalane za pomocą algorytmu genetycznego w celu znalezienia optymalnej konfiguracji dla każdej próbki. Proces ten zapewnia, że ​​LSR może szybko i dokładnie powtórzyć pożądane warunki świetlne, nawet kompensując brak niektórych długości fal w tablicy LED. „Zdolność LSR do znalezienia najlepiej dopasowanego spektrum świetlnego w ciągu zaledwie 10 minut jest przełomem w badaniach pierwotnej wydajności”-powiedział profesor Puškarić. „To pozwala naukowcom prowadzić eksperymenty z poziomem precyzji i wydajności, która wcześniej była nieosiągalna”.

LSR nie tylko replikuje naturalne warunki światła, ale także dotyczy kilku wyzwań związanych z tradycyjnymi metodami inkubacji, takimi jak utrzymanie stabilnej temperatury i intensywności światła podczas eksperymentów. Projekt systemu pozwala na krótkie okresy inkubacji, co jest kluczowe dla rejestrowania szybkich zmian w pobieraniu węgla, które występują w odpowiedzi na wahania warunków środowiskowych. Wstępne testy wykazały, że LSR może wytwarzać bardzo dokładne pomiary, które ściśle zgodne z tymi uzyskanymi z tradycyjnych inkubacji in situ.

Potencjalne zastosowania LSR wykraczają poza podstawowe badania wydajności. Jego precyzyjną kontrolę nad warunkami świetlnymi można zastosować do zbadania szerokiego zakresu procesów oceanograficznych, w tym wpływu światła na wytwarzanie rozpuszczonego węgla organicznego i rolę społeczności drobnoustrojów w cyklu węglowym. Zespół badawczy jest optymistą, że LSR stanie się niezbędnym narzędziem dla naukowców morskich, zapewniając nowe wgląd w mechanizmy napędzające sekwestrację węgla w oceanie.

Podsumowując, profesor Puškarić i jego koledzy opracowali replikator spektrum AI-Light, co stanowi znaczący skok do przodu w badaniu pierwotnej wydajności oceanicznej. Łącząc najnowocześniejszą technologię AI z innowacyjnymi systemami oświetlenia LED, LSR zapewnia badaczom niespotykany poziom kontroli nad warunkami eksperymentalnymi, torując drogę do dokładniejszych i wydajnych badań strumieni węgla w oceanie.

Referencje dziennika

Pushkaric, S., Sokac, M., Nincevic, Ž., Prelenik, H., i Børsheim, KY (2024). Replikator widma AI-Light (LSR): powieść symulowana inkubator inkubatora in situ/online. Journal of Marine Science and Engineering, 12 (2), 339. DOI: https://doi.org/10.3390/jmse12020339

Seabird Hocr Sensors, kluczowy element systemu LSR Dr. Stasa Puskarica, z na zdjęciu prof. Dr. Puskaric.

RV bios dwa czerwca 2023