Проект разработали специалисты Новгородского государственного университета и Института океанологии РАН. Исследование опубликовано в журнале Scientific Data.
Размер изученных частиц составляет от 0,5 до 5 мм. Сейчас в базе представлены спектры трех наиболее распространенных синтетических полимеров — полиэтилена, полипропилена и полистирола.
Чтобы определить, из какого пластика состоит частица, ученые используют инфракрасную спектроскопию. Каждый полимер имеет характерный набор полос в инфракрасном спектре, поэтому такой спектр можно сравнить с «отпечатком пальца» материала.
Проблема в том, что частица, которая долго находилась в море, уже не похожа на чистый промышленный пластик. Под воздействием воды и солнечного света ее поверхность меняется, на ней могут поселяться микроорганизмы, а сам материал — трескаться и разрушаться. Поэтому базы, составленные только из лабораторных образцов чистых полимеров, не всегда позволяют надежно определить происхождение реальной морской частицы.
В MICROSCAN собрали именно такие природные образцы. Их исследовали методом FTIR-спектроскопии без дополнительной химической очистки. Полученные данные затем использовали для проверки алгоритмов машинного обучения.
Одна из моделей — сверточная нейронная сеть CNN1D — способна распознавать до 120 типов полимерных материалов с точностью 96–97%. При этом специалисты отдельно проверяли спорные результаты вручную.
Авторы рассчитывают, что база позволит обучать алгоритмы на реальном, а не «идеальном» микропластике. Это может ускорить его идентификацию непосредственно во время морских экспедиций и упростить оценку количества и состава пластикового загрязнения в Арктике.
MICROSCAN стала первой базой инфракрасных спектров микропластика, созданной специально для арктического региона. Это важно и для машинного обучения: модели, обученные на образцах из одного климатического региона, не всегда одинаково хорошо работают с частицами, сформировавшимися в других условиях.
Исследование выполнено в рамках мегагранта «Новые подходы к решению проблемы микропластика как потенциальной угрозы человеку и окружающей среде».
