Szczeżuje i komputery

Nad stanem czystości wody dostarczanej do poznańskich mieszkań czuwają wspólnie komputery i... małże.

Nad stanem czystości wody dostarczanej do poznańskich mieszkań czuwają wspólnie komputery i... małże.

Monitoring kojarzy się nam obecnie zazwyczaj z coraz bardziej skomplikowanymi, zaawansowanymi pod względem technologicznym rozwiązaniami. Trudno sobie już dzisiaj wyobrazić, aby mógł się odbywać bez udziału informatyki. Czy zawsze jednak skomplikowana technologia wystarczy? Okazuje się, że w niektórych sytuacjach informatyka na niewiele by się zdała, gdyby nie współdziałała z prostymi organizmami żywymi. Na pierwszy rzut oka wydaje się to niemożliwe - nie ma przecież nic bardziej odległego od siebie niż np. "bardzo zaawansowany" system przetwarzania danych i "małoskomplikowany" organizm małży. Okazuje się, że jednak są takie miejsca, gdzie te dwa światy funkcjonują w ścisłej symbiozie, wspierając i uzupełniając się nawzajem.

Ludzie od dawna obserwowali zachowania zwierząt i zjawiska naturalne, by na tej podstawie zdobywać informacje o zmianach zachodzących w środowisku. "Jaskółki nisko latają, będzie padać" - bardzo dobrze znamy wszyscy to powiedzenie. Doświadczenie życia codziennego nauczyło naszych przodków, że istnieje ścisły związek między tymi dwoma stanami w przyrodzie. Wiedza ta była przekazywana z pokolenia na pokolenie zastępując we wcześniejszych wiekach telewizyjną czy - jak obecnie należałoby przyjąć - internetową prognozę pogody.

Z czasem takie proste spostrzeżenia zyskały podbudowę wiedzy naukowej, stały się podstawą do badań na temat stanu całych, rozległych ekosystemów. Najbardziej popularnym przykładem takich działań jest chociażby ocena jakości wód w rzekach czy jeziorach na podstawie badań żyjących w nich gatunków ryb. O stanie populacji ptasich gatunków na danym terenie może świadczyć np. charakterystyka świata żyjących tam owadów. Badania tego typu prowadzone są dzisiaj na dużą skalę przez przedstawicieli nauk przyrodniczych.

Sprzężenie biologiczne

Szczeżuje i komputery

Schemat biomonitoringu

Kolejnym krokiem stało się wykorzystanie wiedzy naukowej zdobytej podczas obserwacji zachowań organizmów w przyrodzie do celów technicznych. Dzięki niej możliwe stało się m.in. stworzenie systemów stałego nadzoru nad środowiskiem. Specjalnie dobrane, umieszczone w określonych warunkach organizmy funkcjonują jako integralne elementy odpowiednio przygotowanych, często bardzo rozbudowanych, wykorzystywanych na dużą skalę systemów monitoringu różnych cech środowiska naturalnego w poszczególnych jego obszarach. Zamiast człowieka obserwatorem w takich sytuacjach są już jednak urządzenia techniczne, w tym komputery i systemy informatyczne. Sporadyczna, jednostkowa obserwacja dokonywana przez ludzi zastąpiona została stałym, automatycznym nadzorem technicznym.

Taka sytuacja ma m.in. miejsce w poznańskiej spółce Aquanet, zajmującej się dostarczaniem wody pitnej dla mieszkańców miasta i okolicznych gmin oraz oczyszczaniem ścieków. Nad czystością wody czuwa cały czas system biomonitoringu, w którym jednakowo ważną rolę pełnią zarówno nowoczesne rozwiązania teleinformatyczne, jak i szczeżuje - niepozorne zwierzątka z gromady małż (typ mięczaki).

Szczeżuje są największymi żyjącymi w Polsce małżami słodkowodnymi. Występują głównie w starorzeczach, jeziorach i wolno płynących rzekach, jak również w sztucznych stawach, kanałach i zbiornikach zaporowych. Jest ich już u nas jednak coraz mniej, gdyż lubią żyć w czystej, dobrze natlenionej wodzie, a większość naszych zbiorników wodnych jest mniej czy bardziej zanieczyszczona. Są pod ochroną. W poznańskiej stacji uzdatniania wody pełnią one rolę tzw. bioindykatora - tym mianem ekolodzy określają tzw. gatunki wskaźnikowe, czyli organizmy o specyficznej, wyjątkowej wrażliwości na określone czynniki środowiska. Ich obecność lub brak, taki czy inny stan lub sposób zachowania mogą być informacjami o stanie środowiska, stopniu jego przekształcenia, kierunku zachodzących w nim zmian. Bioindykatorami mogą być również wspomniane wyżej jaskółki, ryby czy owady.

Naturalny interfejs

Twórcami systemu biomonitoringu dla poznańskich wodociągów są naukowcy z Zakładu Ochrony Wód Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza. System ten bazuje na wiedzy, że małże są odporne na wpływ pewnych niekorzystnych czynników środowiskowych, jednakże tylko dzięki temu, że potrafią się przed nimi bronić poprzez zamknięcie skorup i obniżenie aktywności fizjologicznej. Objawem ich pełnej aktywności jest całkowite otwarcie dwuczęściowej muszli oraz syfonu wpustowego, przez który dostarczany jest tlen i pokarm. W sytuacji gdy w wodzie znajdują się szkodliwe substancje, małże reagują natychmiastowym zamknięciem syfonów i muszli.

Okazy przywiezione z jeziora były hodowane w specjalnych akwariach. Następnie zbadana została ich wrażliwość na wzrost stężeń wielu związków chemicznych. Naukowcy wykonywali wiele eksperymentów, badając za pomocą skomplikowanej aparatury elektronicznej zachowanie małż w wodzie o różnej zawartości określonych związków chemicznych, w tym także silnie toksycznych, jak np. związki arsenu.

Istotą funkcjonującego w poznańskiej spółce Aquanet systemu biomonitoringu jest stała obserwacja i rejestracja ruchów muszli małży. Urządzenie działa na zasadzie jednoczesnego pomiaru stopnia otwarcia muszli 8 osobników, przebywających w akwarium przepływowym, zasilanym wodą płynącą z ujęcia na Dębinie (pozbawioną wcześniej zawiesiny złożonej z żelaza i manganu). Szczeżuje, za pomocą nietoksycznego kleju, przyklejone są jedną częścią muszli do zamocowanego w zbiorniku postumentu. Do drugiej części ich muszli przymocowany jest magnes. Magnes współpracuje z czujnikiem halotronowym odczytującym zmiany natężenia pola magnetycznego. W momencie zamykania skorup magnes zbliża się do sondy, co powoduje wzrost natężenia pola magnetycznego, a przy otwieraniu - odsuwa się, co z kolei skutkuje spadkiem natężenia. Każdy z ośmiu czujników połączony jest z elektronicznym blokiem pomiarowym znajdującym się poza akwarium.

Sygnał z sond kierowany jest do wzmacniacza i sterownika systemu, gdzie przetwarzany jest na postać cyfrową i przesyłany do komputera. Po przetworzeniu danych przez specjalny system informatyczny na monitorze prezentowany jest obraz stopnia otwarcia każdej z małż wyrażony w procentach (w postaci słupków). Widoczna jest też średnia chwilowa dla wszystkich osobników w postaci tzw. słupka alarmowego. Uważa się, że woda jest bezpieczna, gdy średnia wartość otwarcia 8 małż nie obniży się poniżej ustalonego poziomu alarmu (25%).

Dźwiękowy sygnał alarmowy uruchamiany jest wówczas, gdy komputer kilkakrotnie przeanalizuje dane i potwierdzi spadek wartości średniej poniżej założonego poziomu alarmu. Eliminuje to możliwość fałszywego alarmu spowodowanego pojedynczymi, indywidualnymi zmianami w zachowaniu małż.

Program komputerowy jest tak napisany, że umożliwia zmianę wielu parametrów systemu, np. częstotliwości pomiaru, poziomu alarmu itp. Ponadto system został zaprojektowany tak, by działał również w przypadku awarii komputera. Podobnie jak w przypadku systemów ostrzegania przed pożarem główną rolę kierowania i ewentualnego alarmowania pełni osobny sterownik systemu.

Zadaniem działającego w poznańskich wodociągach systemu biomonitoringu jest ostrzeganie przed ewentualnym zagrożeniem, sygnalizowanie pojawienia się w wodzie szkodliwych dla pełniących rolę czujnika małż związków i substancji. Ocena sytuacji i decyzja o koniecznych w danej chwili działaniach należy do człowieka. To pracownicy laboratorium muszą zinterpretować nadchodzące z systemu informacje, wykonać dodatkowe badania czy zaalarmować o ewentualnym grożącym niebezpieczeństwie.

Zmysłowy program

Przywykliśmy traktować obszar natury i cywilizacji jako dwa odrębne, nieprzystające do siebie światy. Utrwalenie się tego podziału jest zapewne w dużej mierze wynikiem szkodliwego oddziaływania przemysłu na środowisko naturalne. W tym kontekście warto postawić pytanie, czy możliwości technik informacyjnych mogą dzisiaj przyczynić się do integracji świata przyrody, techniki i kultury?

Z takiego założenia wychodzili zapewne twórcy niecodziennej instalacji artystycznej pokazywanej w 1999 r. na Międzynarodowej Wystawie Sztuki (Multi)Mediów LAB 7 w Centrum Sztuki Współczesnej w Warszawie. Zastosowanie przez artystów komputerów pozwoliło m.in. na zaangażowanie do odbioru sztuki nowych, nieużywanych zazwyczaj do tego celu zmysłów, takich jak dotyk. Christa Sommerer i Laurent Mignonneau zaprezentowali pracę, której jednym z elementów były żywe rośliny doniczkowe z czujnikami elektronicznymi. Za nimi na ścianie znajdował się wielki ekran. Przy dotknięciu przez oglądającego wybranej rośliny, czujniki mierzyły oporność przepływu prądu między skórą a liściem i przekazywały otrzymane wyniki do komputera. Specjalnie opracowany program graficzny przetwarzał dane i w zależności od ich rodzaju tworzył na ekranie różnorodne obrazy. Przy każdym dotknięciu rośliny w nowym miejscu zmieniała się oporność, a w ślad za tym pojawiał się nowy obraz na ekranie.


TOP 200