Hvordan ‘citizen scientists’ kollektivt løser komplekse, naturvidenskabelige problemer

Et interdisciplinært hold af forskere fra AU har udviklet et nyt system til fjernstyring af et ultrakoldt kvantegas eksperiment og er begyndt på at undersøge hvordan citizen scientists kan løse komplekse, naturvidenskabelige problemer.

28.11.2018 | Carsten Bergenholtz and Oana Vuculescu

Et interdisciplinært hold af forskere fra AU har udviklet et nyt system til fjernstyring af et ultrakoldt kvantegas eksperiment og er begyndt på at undersøge hvordan citizen scientists kan løse komplekse, naturvidenskabelige problemer. Deres studie er netop blevet publiceret i det anerkendte tidsskrift PNAS: 
http://www.pnas.org/content/115/48/E11231

Citizen scientists køler atomer ned
Studiet er baseret på et samarbejde på tværs af fakulteter ved AU, der bringer socialvidenskabelige forskere fra Institut for Virksomhedsledelse (BSS) sammen med fysikere og spildesignere fra ScienceAtHome (Institut for Fysik og Astronomi, ST). Forskningen er baseret på et unikt setup, hvor citizen scientists – almindelige mennesker der bidrager til videnskab – forsøgte at løse et ægte, høj-dimensionelt fysik problem: Hvordan at køle atomer ned til lige over det absolutte nulpunkt ved -273.15°C. Via et spil-interface havde deltagerne live, fjernstyret adgang til et ultrakoldt kvantegas eksperiment i fysiklaboratoriet ved Aarhus Universitet. Citizen scientists kunne skabe såkaldte Bose-Einstein kondensater, som er en særskilt tilstandsform (lige som fast stof, væske, gas eller plasma) og udgør en unik kandidat for at udføre kvantesimulations eksperimenter og højpræcisions målinger.

 

Et interdisciplinært samarbejde
Professor Jacob Sherson, Institut for Fysik og Astronomi (Aarhus University) udtaler: “Mange citizen science projekter har vist at citizen scientists kan konkurrere med fysik eksperter og state-of-the-art algoritmer, når komplekse, naturvidenskabelige problemer skal løses. Men, disse projekter har indtil videre ikke adresseret hvorfor et kollektiv af citizen scientists kan løse disse komplekse problemer. Ønsket om at besvare dette spørgsmål ledte os til et samarbejde mellem fysikere og socialvidenskabelige forskere.”

Mulighed for at samarbejde var faciliteret af Udvalget for Forskning og Eksternt Samarbejde ved Aarhus Universitet, som tilbød AU netværks støtte til tvær-fakultets samarbejder som disse.

Lektor Carsten Bergenholtz, Institut for Virksomhedsledelse (Aarhus Universitet) bemærker: ”Jeg fandt det fascinerende at bidrage til et inter-disciplinært projekt, hvor det videnskabelige bidrag til hvert felt (fysik og socialvidenskab) er så tæt forbundne. Fysikere lærte noget om hvordan vi kan optimere det at køle atomer ned – en udfordring relevant for at bygge en kvantecomputer – mens vi som socialvidenskabelige forskere opnåede indsigt i kollektiv problem løsning, ved at undersøge hvordan citizen scientists forsøgte at køle atomer ned via et spil-interface.”

 

Sammenligning af citizen scientists med computer algoritmer
Resultater viser at citizen scientists både udfører lokal og global søgning, afhængigt af den performance feedback man fik fra eksperimentet. Jo bedre ens løsning var, jo mere lokal søgning (dvs. små forandringer) udførte man, og jo værre ens søgning var, jo mere global blev ens søgning (dvs. store forandringer). Dette ledte til et kollektiv af mennesker som på effektiv vis balancerer lokal og global søgning.

Ydermere, og måske det primære bidrag, var at forskergruppen kunne sammenligne søgeadfærden af citizen scientists med fysikernes state-of-the-art numeriske algoritmer. Det viser sig, at den numeriske computer algoritmes søgning er meget mere lokal, og fokuserer på små forandringer for iterativt at forbedre den nuværende løsning, frem for en bredere afsøgning af landskabet.

Studiet illustrerer hvordan det at skabe et nyt spil-interface kan hjælpe deltagere, både eksperter og citizen scientists, til at se komplekse problemer på nye måder. I fremtiden vil indsigt i menneskelige søge strategier forhåbentligt facilitere udviklingen af hybrid intelligens der kan føre til mere sofistikerede computer algoritmer.

 

Yderligere information

Professor (MSO) Jacob Sherson: Institut for Fysik og Astronomi, email: sherson@phys.au.dk 

Postdoc Robert Heck, Institut for Fysik og Astronomi, email: rheck@phys.au.dk 

Lektor Carsten Bergenholtz, Institut for Virksomhedsledelse, email: cabe@mgmt.au.dk 

Adjunkt Oana Vuculescu, Institut for Virksomhedsledelse, email: oanav@mgmt.au.dk 

 

Robert Heck et al, Remote optimization of an ultracold atoms experiment by experts and citizen scientists, Proceedings of the National Academy of Sciences (2018). DOI: 10.1073/pnas.1716869115

Research news