Мега вредные микро- и наночастицы: как работает созданная в ТГУ нейросеть для сортировки мельчайшего пластика
26.01.2023

Мега вредные микро- и наночастицы: как работает созданная в ТГУ нейросеть для сортировки мельчайшего пластика

Микропластик — одна из серьезных проблем общества потребления: все, что мы используем и выбрасываем, от пищевой упаковки до автомобильных шин,

Фото: ТГУ Статья: Елена Тайлашева

Микропластик — одна из серьезных проблем общества потребления: все, что мы используем и выбрасываем, от пищевой упаковки до автомобильных шин, в конце «круговорота» попадает в наш же организм в виде микрочастиц пластика. Весь мир только начинает искать способы решения этой проблемы, но один из важнейших шагов на старте — выявить основные источники загрязнения. Для этого ученые Томского госуниверситета создали нейросеть, аналогов которой в мире нет. Подробнее — в специальном проекте Tomsk.ru и ТГУ «Технотренды».

Чем вреден микропластик?

К микропластику относят частички размером от 1 микрометра (0.001 мм) до 5 мм. Сейчас ученые склоняются к тому, чтобы называть более мелкие частицы нанопластиком, а к «микро» относить только частички в диапазоне от 100 микрометров (или 0.1 мм) до 5 мм.

Микропластик есть уже буквально везде — в водоемах и почвах, в воздухе, в живых организмах… Изучение распространения микропластика — сравнительно молодое направление науки: первая статья с использованием термина «микропластик» появилась в журнале Science в 2004 году.

Чтобы пластиковая бутылка, плавающая где-нибудь в Томи, распалась на микро- и наночастицы, нужно 5-10 лет. В более теплых краях с большим количеством солнца это может произойти буквально за один сезон. Впрочем, бутылки — это еще не самый бич. В целом виде их все-таки легко извлечь из воды или в прибрежной зоне. То же самое касается и другого «классического» речного мусора — рыболовных снастей.

Юлия Франк, директор Центра исследования микропластика в окружающей среде Биологического института ТГУ:

Главная проблема — это, во-первых, микроволокна текстиля (синтетической ткани), которые попадают в сточные воды из стиральных машин. Во-вторых, частички дорожной разметки и шин, которые летят из-под колес автомобиля и смываются с дороги в водный объект. В-третьих, первичный микропластик, который добавляют в абразивные средства (так же, как и текстиль, они попадают в природу через сточные воды). Также важным источником загрязнения признан геотекстиль, которым укрепляют берега. На него идет постоянное воздействие волн, солнца, и куски отрываются, отрываются…

Чем легче частица, тем больше ее транспортная подвижность (то есть тем дальше она переносится) и биодоступность (то есть возможность быть съеденным). Сам пластик инертен по отношению к окружающей среде. Вред он причиняет, когда попадает внутрь какой-нибудь рыбы или птицы, а в конечном итоге – человека. Ученые даже ввели термин — эффект троянского коня:  в воде на поверхности частиц адсорбируется вредные вещества, гидрофобные загрязнители – стойкие органические загрязнители, металлы, они и начинают травить живое существо изнутри. Плюс в агрессивной среде (а наш организм именно таков) из пластика могут высвобождаться фикаторы, внесенные при производстве — разнообразные антипирены, красители, пластификаторы (бисфенол) и т.д. И вот они уже токсичны.

Максимум, до куда добирается микропластик с территории Сибири по водным путям — Северный Ледовитый океан, где депонируется в понижениях дна. Но это не значит, что он надежно захоронен: его начинают употреблять гидробионты — черви, моллюски. Их едят более крупные морские жители, и так по цепочке.

  Зачем сортировать микропластик?

Обычный пластик сортируют по типам — чтобы каждый из них по-своему перерабатывать. Микропластик же сортируют по форме частиц. Если частички выглядят как волокна, то это текстиль, если круглые – вероятнее всего, остатки косметики, черные фрагменты — от автомобильных шин и т.д. Это помогает вычислить основные источники загрязнения и превентивно бороться с выбросами.

Начинается «расследование» в экспедициях, где биологи ТГУ изучают отложения в пресных водоемах Обского бассейна.

Егор Воробьев, лаборант Центра исследования микропластика в окружающей среде Биологического института ТГУ: 

Из каждой экспедиции мы привозим сотни проб воды. В лаборатории фильтруем ее от органики, добавляем соль. Под действием соли проба разделяется по плотности. Минеральные и органические частицы осаждаются, а пластик всплывает, так как у него плотность низкая. Верхнюю фракцию еще раз фильтруем, на фильтре остаются микрочастицы, которые мы  изучаем под микроскопом. На одной пробе обычно 10-30 частиц, иногда по 50-100. Их анализ мог занимать до 16 часов. Чтобы кардинально ускорить процесс, два года назад мы совместно с сотрудниками Института прикладной математики и компьютерных наук ТГУ в рамках проекта УМНИК начали разрабатывать нейросеть, которая сама считает и сортирует частицы микропластика. К концу прошлого года разработку закончили.

В мире есть программные продукты для анализа микрочастиц, но они, во-первых, применяются для конкретных частиц определенной формы, во-вторых, разрабатываются целенаправленно под очень дорогие микроскопы стоимостью по 20 миллионов рублей. Как отмечает Егор Воробьев, томичи первыми написали для этих целей нейросеть. Просто мечта: обучается сама, с каждым новым потоком данных совершенствуется в «опознании»… Теперь пробы обрабатываются в среднем за час. У ученых освобождается время на более важную задачу — интерпретацию данных. 

Под микроскопом делается фотография частиц на фильтре и отправляется на анализ нейросети.

Кто сможет пользоваться нейросетью?

Важная особенность «сортировочной» нейросети в том, что для ее использования не нужно специальное оборудование и специальные навыки. Подойдет любой компьютер, а для проведения анализа достаточно фотографии с телефона в хорошем разрешении.

Юлия Франк:

С прошлого года Росприроднадзор, Роспотребнадзор озаботились проблемой микропластика, ведомства намерены ставить этот загрязнитель в систему государственного экологического контроля. Но для этого должны быть простые методики, которые в любой лаборатории специалист может реализовать. И они должны быть у всех одинаковые. Потому что если считать и сортировать вручную, то данные в разных регионах могут кардинально отличаться. Инструменты машинного обучения позволяют исключить человеческий фактор и унифицировать анализ микропластика.

По словам Юлии Франк, ТГУ плотно сотрудничает с вузами, научными организациями и государственными контролирующими органами, поэтому томская нейросеть может стать базовой методикой для анализа микропластика по всей России.  Совсем недавно ученые получили свидетельство о регистрации РИД на программный продукт. Также у них в арсенале есть система «АЭРОЩУП», с помощью которой давно и успешно ведется очистка донных отложений от нефти. Биологи и инженеры ТГУ занимаются адаптацией технологии под пластиковый мусор.

Последние новости

Более 40% томских школьников выбрали ЕГЭ по математике для поступления в вуз

Более 40% выпускников школ Томской области выбрали ЕГЭ по математике для поступления в вуз.

Молодогвардейцы Томской области организовали просмотр документального фильма «Сталинград»

Активисты регионального отделения «Молодая Гвардия Единой России» Томской области организовали просмотр советского документального полнометражного фильма «Сталинград».

Молодогвардейцы Томской области посетили просмотр фильма, посвященный Сталинградской битве

Активисты регионального отделения «Молодая Гвардия Единой России» Томской области посетили просмотр военной драмы «Сталинград» на базе Ресурсного центра развития добровольчества Томской области «Бумеранг Добра 70».

Card image

Как обнаружить и предотвратить утечку газа

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Ваш email не публикуется. Обязательные поля отмечены *