プリンストン大学の地球科学者チームが開発した 方法 あらゆる角度から見ることができる、分解された岩石サンプルの XNUMX 次元デジタル画像を作成します。 チームが開発したアルゴリズムにより、コンピューターは人間の偏見なしに画像をセグメント化できるようになりました。

XNUMX年近く前に アダム・マルーフ、地球科学の准教授、との共同研究 シトゥスタジオ GIRI として知られるプリンストン研削画像再生装置を開発することで、科学者が岩石の内部がどのように見えるかを観察できるようになります。

さて、マルーフと Akshay Mehra博士課程の学生であり、この研究の共著者でもある彼は、GIRI を使用して岩石や鉱物を解剖し、化石を研究しています。

　 全紙 は最近、米国科学アカデミー紀要に掲載されました。

調査

研究チームは最近、GIRIを利用して、545億XNUMX万年前に世界中に生息していた薄殻の生物クラウディナがサンゴ礁形成者だったという通説を反証した。 実際、彼らはクラウディナの化石が他の地域から運ばれたものであり、サンゴ礁の形成とはほとんど関係がないことを証明しました。

「この驚くべき最初の生物鉱物生成者と最初のサンゴ礁形成者について、調査に参加してあらゆる種類のことを学べるだろうと思っていたが、クラウディナはむしろサンゴ礁の住人に近いことが判明した」とマルーフ氏は声明で述べた。

クラウディナを含む多くの化石は、従来の X 線や CT スキャン装置では化石と周囲の鉱物の間の密度のコントラストを検出できないため、これまで詳細な研究が困難でした。

「X線が機能する理由、さらにはMRIが機能する理由は、骨の密度が皮膚や血管とは異なるためです」とメーラ氏は言う。

「一部の岩石では、化石とそれが含まれる基質との間に違いがないため、X 線装置を使用しても何も区別できません。 それは白色申告として戻ってくるだけだ。」

科学者たちは長い間、化石が 3D でどのように見えるかを解明できませんでした。

マルーフ氏によると、それらが岩に埋め込まれている場合、それを取り出すのは困難です。

「当時、人々はこのような方法で連続セクションを作成していましたが、この規模ではおそらくそうではありませんでした。そこでは、小さな岩を削り取って描き、さらにもう少し削り、さらに描きました。 …信じられないほど時間がかかる可能性があります」と彼は声明で述べた。

GIRI はプロセスをスピードアップし、人的ミスを排除し、岩石や化石の破壊を減らします。

GIRIの力

GIRI は、90 ミリメートル未満の岩石のスライスを切断できます。 岩石の各スライスの切断と画像化には約 XNUMX 秒かかるため、一般的な厚さインチのサンプルの粉砕と画像化には約 XNUMX 日半かかります。

この技術は、密度コントラストに関係なく、あらゆる固体オブジェクトの 3D サンプルを作成できます。GIRI はすべてのスライスの高解像度写真を撮影するため、観察者は密度コントラストだけでなく、常に岩そのものを見ることができます。

「物理的なイメージを持つことの利点は、実際の反応が見られることです。 私たちは色と質感を確認しています」とメーラ氏は言いました。

あらゆる利点があるにもかかわらず、研究者たちは、彼らの技術が依然として破壊的であることを認識しています。

「それが不利な点だ」とマルーフ氏は声明で述べた。

「しかし、とても素晴らしいのは、写真を見て直接観察できることです。それが私にとって人生を大きく変えてくれたものです。それがモデルではないことが気に入っています。」 見るだけでわかります。 どのスライスでも、何か素晴らしいものを見つけたら、そのスライスを見つけて、「それはどんな感じでしたか?」と言うだけです。 …私たちは波形を見て解釈しようとするのではなく、内部の仮想ツアーを行っているのです。」

GIRIの進化

GIRI が数年前に初めて開発されて以来、科学者たちはこのマシンに物理的な改良を重ねてきました。

彼らは、カメラのハウジングと写真用に岩を洗浄して準備するための機構を再設計して交換し、各写真の撮影中の温度と湿度を記録するモニターを設置しました。

マシンの物理的な改良に加えて、GIRI で使用される実行および分析ソフトウェアを改良するための措置も取られました。

マルーフ氏は、制御コンピューターがグラインダーから信号を送受信し、画像キャプチャを確認し、シャッターをトリガーできるようにする機械学習ソリューションを設計したのはアクシャイ氏だと評価しています。

「アクシャイは、画像セグメンテーションのプロセスを自動化して信頼性の高いものにするための機械学習ソリューションをゼロから設計しました」とマルーフ氏は声明で述べた。

「彼は、最終的には X 線 CT を含むあらゆる断層撮影用途にとって重要となる技術を開発しました。 アクシャイは、再構成された 3D ボリュームで定量的な測定を行う方法も開発しました。 世の中の 3D モデリングが視覚化と定性的解釈のみにつながるのに対し、アクシャイは実際にこれらの生き物のサイズ、形状、3D 方向を測定していることに驚かれるでしょう。」

将来への影響

メーラ氏は、GIRI が古生物学や地質学で広く使用されるツールになる可能性があると考えています。

「古生物学と地質学に欠けているものの XNUMX つは、関心のある地物を識別するための機械学習または AI の適用です」とメーラ氏は言います。

「私たちは、古生物学の学生が外に出て、物体の X 線または CT スキャンを取得し、地層を手作業で追跡し、さまざまな部分を特定するのに XNUMX ～ XNUMX 年を費やしていることがよくあります。」

「これにはXNUMXつの問題があります」と彼は続けた。

「XNUMX つは、時間がかかるということ、もう XNUMX つは、このグレーとこの色がどちらかを表すかについての決定を個人に依存しているということです。」

GIRI を使用してサンプルをテストすることに興味のある訓練を受けた専門家がいる場合、サンプル全体から XNUMX ～ XNUMX 枚のスライスを取り出し、いくつかの領域を強調表示して、骨、化石、または岩石の素材がどのように見えるかを描写できます。 その情報はネットワークに供給され、ネットワークは画像情報を取り込み、スライス内の各色がどのように見えるかを決定するように設計されています。

「これにより、人間からの入力を加えて機械でセグメンテーションを実行できるようになり、ある程度のバイアスが除去されます」とメーラ氏は述べています。

GIRI テクノロジーはすでに世界中の科学者の注目を集めています。

古生物学者らはマルーフ氏とメーラ氏に連絡を取り、殻を剥いた生物、陸上生物、魚、恐竜の骨など、あらゆる種類の標本を巡るバーチャルツアーを依頼した。

惑星科学者が GIRI に興味を持っているのは、コンドリュールと呼ばれる小さな粒子を解剖することで、惑星がどのように形成されるのかについての洞察が得られる可能性があるためです。

電池メーカーや技術者は、炭素隔離のための貯留岩の試験に興味があり、黒鉛電池を粉砕して炭素の多孔性の 3D 構造を評価したいと考えています。

マルーフ氏は声明で「GIRIができる貢献には本当に制限がない」と述べた。

「これはXNUMX年間の仕事を表しています。 このような楽器は世界で唯一です。」