Ein Forscherteam der University of Waterloo in Kanada hat entwickelte eine künstliche Intelligenz (AI) Technologie um unsere Wasservorräte vor Giftstoffen zu schützen.

„Es ist wichtig, fließendes Wasser für die Grundhygiene zu haben, auch wenn wir es kochen müssen“, sagte Monica Emelko, Professorin für Bau- und Umweltingenieurwesen bei Waterloo und Mitautorin der Studie, in einer Erklärung. "Wenn du kein fließendes Wasser hast, werden die Leute langsam krank."

Jedes Jahr, aufgrund vieler Faktoren wie der steigenden Temperatur und der Übernutzung von landwirtschaftlichen Düngemitteln, werden die Wasserquellen im ganzen Land zunehmend von muffig grünen dicken Schichten giftiger Algen bedeckt, die Familien und Wildtiere bedrohen.

Vor vier Jahren, zum Beispiel, eine halbe Million Die Bewohner des Eriesees, des größten Süßwasserreservats der Welt, wurden von ihren Stadtverwaltungen mit einer Warnung „Nicht trinken“ geweckt. Sie blieben mehrere Tage ohne Trink- und Badewasser.

Was ist los mit aktuellen Methoden?

Obwohl es wichtig ist, schädliche Mikroorganismen in Wasser ständig zu identifizieren und zu überwachen, um die Sicherheit des Wassers zu gewährleisten, sind gegenwärtige Testmethoden entweder zu zeitaufwendig, wenn sie manuell oder zu teuer sind, wenn sie automatisiert sind.

"Dieser Prozess ist sehr zeitaufwändig, wenn er von menschlichen Experten mit Zehntausenden bis Millionen von Mikroorganismen in einer Wasserprobe manuell durchgeführt wird, und ist auch auf eine kleine Anzahl zertifizierter Laboratorien beschränkt, die dies können", sagte Alex Wong, Professor von Systems Design Engineering bei Waterloo und Co-Autor der Studie.

Aber jetzt hat das Waterloo-Team ein KI-System entwickelt, das toxische Mikroorganismen automatisch schnell und kostengünstig identifizieren und zählen kann.

"Die Fähigkeit, all dies in Sekundenschnelle automatisch zu erledigen, kann es Wasseranlagen ermöglichen, häufig und schnell Vor-Ort-Kontrollen durchzuführen, um die Sicherheit des Wassers zu gewährleisten", sagte Wong.

Das Forschungspapier ist in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.

Zum Team gehören außerdem der technische Hilfsprofessor Chao Jin, der Doktorand Jason Deglint und die wissenschaftliche Mitarbeiterin Maria Mesquita.

Das System

Das KI-System des Teams verwendet eine Software in Kombination mit einem Mikroskop, um Wasserproben kostengünstig und automatisch in ein bis zwei Stunden auf Algenzellen zu analysieren, einschließlich der Bestätigung der Ergebnisse durch einen menschlichen Analytiker.

Laut Wong identifiziert und zählt das System seines Teams anstelle der derzeitigen Methode, mit der nur ein kleiner Bereich mit Blick auf wenige Mikroorganismen gleichzeitig analysiert werden kann, in Sekundenschnelle anhand eines Standards Millionen von Mikroorganismen aus größeren Wasserprobenvolumina Mikroskop.

Da die Tests viel schneller und häufiger durchgeführt werden könnten, glauben die Forscher, dass ihr System eine frühe Warnung vor Problemen bieten würde.

„Wir müssen unsere Wasserversorgung schützen“, sagte Monica Emelko, Professorin für Bau- und Umweltingenieurwesen und Mitglied des Water Institute in Waterloo, in einer Erklärung. "Dieses Tool wird uns mit einem Sentinel-System ausstatten, das eine schnellere Anzeige der Bedrohung darstellt."

Wong glaubt, dass ihr System nicht nur so genau ist wie menschliche Experten für die Zellquantifizierung, sondern auch genauer als fluorimetrische Sonden, eine andere alternative Methode anstelle von menschlichen Experten.

"Das Aufregende ist, dass wir gezeigt haben, dass das Testen mit AI schnell und gut durchgeführt werden kann", sagte Emelko in einer Erklärung. "Jetzt ist es Zeit, alle möglichen Szenarien durchzuarbeiten und die Technologie zu optimieren."

Lass die KI zählen

Die Forscher werden das System weiter verbessern, so dass es eines Tages kontinuierlich Wasser überwachen kann, das durch ein Mikroskop für eine Vielzahl von Verunreinigungen und Mikroorganismen fließt.

"Ein nächster Schritt wäre die Erforschung und Untersuchung der Anwendbarkeit auf ein viel breiteres Spektrum von Mikroorganismen und in einer größeren Vielfalt von Szenarien natürlicher Wasserquellen, in denen es unterschiedliche Kontaminanten gibt", sagte Wong.

"Letztendlich sind derart strenge Studien erforderlich, um sicherzustellen, dass jede entwickelte Technologie in realen Szenarien umfassend eingesetzt werden kann."

Die Forscher schätzen, dass es zwei bis drei Jahre dauern könnte, ein voll kommerzielles Probenprüfsystem für den Einsatz in Laboren oder in eigenen Kläranlagen zu entwickeln.

Die Technologie zur kontinuierlichen Überwachung könnte drei bis vier Jahre entfernt sein.

"Dies bringt unsere Forschung in ein Gebiet mit großer Wirkung", sagte Wong in einer Erklärung. "Durch den umfassenden Einsatz dieser Technologie einen Beitrag zur Gewährleistung eines sicheren Wassers zu leisten, wäre eine der großartigen Möglichkeiten, um AI wirklich zum Tragen zu bringen."