Создан первый «цифровой паспорт арктического микропластика»
Ученые из Новгородского государственного университета и Института океанологии РАН собрали самую большую в мире открытую базу инфракрасных спектров микропластика из вод Восточной Арктики — Microscan. Теперь нейросети смогут с точностью более 96% отличать полиэтилен от полипропилена прямо в океане, а экологи получат точный инструмент для подсчета пластикового мусора, рассказал заведующий лабораторией моделирования полимеров Центра исследования проблем микропластка НовГУ, Сергей Люлин.
«База содержит инфракрасные спектры 2 010 реальных частиц размером от полумиллиметра до пяти миллиметров. Сейчас она включает спектральные данные микрочастиц полиэтилена, полипропилена и полистирола — самых распространенных синтетических полимеров. Исходным материалом для нее стали микропластиковые частицы обнаруженные в поверхностных водах в Белом, Баренцевом, Карском, Восточно-Сибирском морях и море Лаптевых в 2020-2021 годах», — сообщил Люлин.
Микропластик — это крошечные частицы обычного пластика, которые могут достаточно долго оставаться в окружающей среде. Они попадают в воду в результате разложения пластикового мусора, износа автомобильных шин, стирки синтетической одежды, разрушения рыболовных сетей и из других источников. Полимеры, обладая разной плотностью, ведут себя в воде по-разному: например, полиэтилен всплывает, а другие виды могут тонуть и надолго оставаться на дне океана.
До недавнего момента у исследователей было две основные проблемы. Во-первых, большинство литературных источников содержат информацию об «идеальных» гранулах чистого пластика. Но пластик в море стареет, на нем могут селиться бактерии, он обрастает «биокороной», трескается на солнце и меняет свои свойства. В результате обнаруженные в море микрочастицы сначала надо идентифицировать — являются ли они кусочками пластика или какими-то другими частицами. Во-вторых, существует не так много баз инфракрасных спектров микропластика, и обычно они существенно меньшего размера. Для того, чтобы ускорить процесс идентификации микропластика необходимо обучить нейросетевые модели, качество «работы» которых существенно улучшается при увеличении размера баз данных, которые используются для обучения. По словам ученых, разработанная база данных Microscan — не только самая большая в мире, но и первая база данных микропластика в Арктике.
Суть решения
Каждая найденная частица исследовалась в инфракрасном свете без какой-либо дополнительной химической очистки. Проверку результатов идентификации проводили с помощью трех разных подходов: спектральное сопоставление, искусственный интеллект, экспертный контроль: опытные химики перепроверяли спорные спектры вручную.
Базу можно назвать «универсальным учебным пособием для машинного обучения». Она позволяет алгоритмам учиться работать с настоящими частицами «из природы», без дополнительной химической обработки, что очень важно в полевых условиях. Использование моделей, обученных на такой базе данных, позволит существенно ускорить идентификацию прямо во время экспедиции.
Исследование выполнено в рамках мегагранта «Новые подходы к решению проблемы микропластика как потенциальной угрозы человеку и окружающей среде.
Источник: ТАСС Наука