Burgers aan het werk als houtdetectives

De houtcollectie van het KMMA omvat ruim 80.000 stalen. © KMMA-RMCA Ingrid Otto

‘Ik ben vrijwilliger bij het AfricaMuseum, op de Dienst Houtbiologie voor het SmartWoodID-project’, vertelt Frank, een gepensioneerde ingenieur en bedrijfsdirecteur uit Tervuren. ‘De wetenschapper met wie ik werk is Ruben De Blaere, een PhD-student verbonden aan de Universiteit Gent. Een jaar geleden begon ik hier als vrijwilliger.’ Frank is helder en charismatisch, eigenschappen die zijn achtergrond weerspiegelen. Vandaag, op 1 oktober, verwacht ik een boeiend gesprek met hem te voeren in het laboratorium van de Dienst Houtbiologie van het AfricaMuseum, waar hij zich ongetwijfeld goed op heeft voorbereid.

Het doel van onderzoeker Ruben De Blaere is om een databank en een sleutel te ontwikkelen voor het identificeren van Congolese houtsoorten, met behulp van AI voor de classificatie. ‘Dit gebeurt met convolutionele neurale netwerken,’ verduidelijkt Frank, ‘een term die misschien wat ingewikkeld klinkt,’ voegt hij lachend toe. ‘Maar dat kun je gerust even opzoeken op Google.’

Na een jaar van intensief werk beginnen de burgerwetenschappers steeds meer als wetenschappers te klinken, merk ik. Hoewel Google me niet verder hielp, was Frank gelukkig in staat om het zelf helder uit te leggen.

4000 stalen in één jaar

In september 2023 startte een team van vijf vrijwilligers met een twee uur durende basistraining over houtanatomie. Als burgerwetenschapper een bijdrage leveren, betekende in de eerste plaats het inventariseren van de houtstalen uit de enorme kelder. Daar liggen meer dan 80.000 stalen, waarvan de meeste nog onbehandeld waren. Ze begonnen met het polijsten, gevolgd door het fotograferen van de dwarsdoorsnede van de houtsoorten. Dat klinkt misschien eenvoudig, maar dat was het zeker niet.

Deze nauwgezette taak werd uitgevoerd met behulp van een handbediende Dino Lite-scanmicroscoop, en dat maar liefst 4000 keer. Van elk van de 1000 verschillende Congolese houtsoorten moesten namelijk  telkens vier stalen in hoge resolutie worden gescand. ‘Het leren werken met de Dino Lite duurde niet langer dan twintig minuten. Je leert het al doende,’ zegt Frank.

De vingerafdruk van hout

‘De eerste keer dat we de microscopische beelden zagen, was echt een wow-moment! We wisten niet dat hout zo prachtig kon zijn.’ Opvallend is hoe Frank steeds ‘wij’ zegt: wij, de vrijwilligers; wij, de burgerwetenschappers.

Op de foto aan de muur voor me helpt Frank me het onderscheid te maken tussen de jaarringen, de houtvaten, de houtstralen, de vezels, en tussen kern- en spinthout. Terwijl hij dit uitlegt, komen er flarden van mijn botanica-lessen uit de basisschool naar boven. De houtvaten transporteren water en voedingsstoffen door de boom, terwijl de vezels zorgen voor de stevigheid. Maar kan je dit gemakkelijk onderscheiden?

‘Dat zijn dingen die wij soms niet zien, maar die Ruben wel ziet. Sommige houtsoorten zijn moeilijk te interpreteren. In het begin vroegen we Ruben op een ochtend wel tien keer om te komen kijken: hebben we het goed geïnterpreteerd? Hebben we de juiste kant gekozen? Is het staal goed geschuurd? Maar tegen het einde konden we zelfstandig werken. Van de 4000 foto’s waren er misschien maar honderd die niet goed waren, een klein percentage,’ stelt Frank.

Bloemen en lauwerkransen

‘Ruben draagt met zijn onderzoek bij aan de bescherming van houtsoorten en hij helpt bij het opsporen van illegale houtimport.’ zegt Frank. Wat was hun grootste succes van het afgelopen jaar? ‘Dat moet je aan Ruben vragen,’ zegt hij met een knipoog.

Dus sprak ik ook met onderzoeker Ruben De Blaere, die zich in de laatste maanden van zijn doctoraatswerk bevindt. Ruben heeft een cruciale kwaliteit voor het leiden van burgerwetenschapsprojecten: een enorme passie om zijn kennis over hout met anderen te delen. ‘De vrijwilligers hebben een essentiële rol gespeeld in de digitalisering van de houtcollectie en de ontwikkeling van een databank voor houtsoortenherkenning. Dankzij hun inzet kon het project in een veel hoger tempo worden uitgevoerd.’ vertelt Ruben trots. 4000 gedigitaliseerde stalen! Hun werk maakte deze unieke kennis wereldwijd toegankelijk voor onderzoekers om milieuproblematieken, zoals illegale houthandel, aan banden te leggen.

Wat AI ermee te maken heeft

Het tweede deel van het werk van de vrijwilligers bestond uit het segmenteren van de houtsoorten. Ze kregen, op het computerscherm, een transversale foto van een houtsoort en markeerden vervolgens telkens de vaten. Het was arbeidsintensief. Het annoteren van een foto kon soms tien minuten duren, maar soms ook een uur, vooral bij houtsoorten met hele kleine vaatjes. ‘Je moest inzoomen, inkleuren… Maar eigenlijk werd de software steeds slimmer. In het begin moest ik de volledige omtrek van het vat tekenen, maar tegen het einde was het genoeg om simpelweg op het vat te klikken, waarna de software de rest van de foto automatisch overnam. Op basis van deze data werd het AI-systeem getraind. Weet je nu net zoveel als ik, Luiza?’ grapt Frank.

Nog niet helemaal, want ik begrijp nog steeds niet hoe het markeren van die vaten helpt bij het identificeren van de houtsoort. Om dat beter te begrijpen, ontmoet ik Michèle, die een opmerkelijke ontwikkeling binnen het team heeft doorgemaakt. In één jaar tijd ging ze van het polijsten van houtmonsters met een handschuurmachine naar het analyseren en herkennen van houtsoorten. Ze evolueerde van technische ondersteuning naar houtanatomie en zelfs naar onderzoek.

163 kenmerken

Experts gebruiken 163 kenmerken om een houtsoort te identificeren. Houtanatomie is een domein dat nog steeds groeit. Door ons te focussen op de gemakkelijkste kenmerken, kunnen we dit terugbrengen tot 29. ‘De eerste vraag bij het annoteren is: zie je jaarringen op de dwarsdoorsnede? Er zijn eenvoudige codes: 'aanwezig' of 'afwezig'. Je ziet een kenmerk, of je ziet het niet.’ Michèle is systematisch en nauwkeurig, niets ontgaat haar.

Een ander belangrijk houtkenmerk is de porositeit, oftewel de manier waarop de vaten zijn verdeeld. ‘Wat kun je zeggen over de verdeling van de vaten in een groeiring? Is die homogeen of heterogeen?’ Michèle laat ons zien dat de zomereik uit onze regio's (Quercus robur) zowel kleine als grote vaten heeft, wat zorgt voor een zeer heterogene structuur. Terwijl diffuse of homogene vaten vaker voorkomen in tropische gebieden. Ik kan me goed voorstellen waarom een algoritme dat dit soort analyses binnen enkele seconden kan leveren, een doorbraak zou zijn.

De basis van veel dingen

Naast het identificeren van vezels en vaten wil ik weten wat Frank en Michèle eigenlijk hebben geleerd over hout in het algemeen door deel te nemen aan dit burgerwetenschapsproject. ‘Dat houtbiologie een heel diverse wetenschap is. Je ziet een boom en denkt dat elke boom hetzelfde is. Maar ik ben tot de conclusie gekomen dat hout eigenlijk de basis vormt van veel dingen. Ik begrijp nu waarom hout zo'n controversieel onderwerp is in Afrika. De sequoia naast de ingang van het AfricaMuseum staat daar al meer dan honderd jaar. Hout is als een geheugen van het leven op aarde. Als een buur zegt, ik wil dat de boom omgehakt wordt omdat ik vallende bladeren heb, denk ik altijd enfin, laat die boom leven!’

Michèle voegt toe: ‘Dankzij de bomen hebben we zuurstof in de lucht en kunnen we ademen. Het is geen kleinigheid als je dat zegt. Zonder planten zouden we niet kunnen leven. Toch, Frank?’ ‘Ik kan het volledig bevestigen!’ antwoordt Frank lachend.

Het project SmartWoodID is gefinancierd door BELSPO en geleid door gewezen diensthoofd Hans Beeckman en huidig diensthoofd Wannes Hubau. Ruben De Blaere wordt begeleid door professoren Jan Van den Bulcke en Jan Verwaeren van de UGent. Ik wil Frank, Michèle, Tine, Wannes en Ruben bedanken voor hun tijd en voor het proeflezen van deze tekst.

Zie verder:

• De Blaere, Ruben, Kévin Lievens, Dieter Van Hassel, et al. 2023. ‘SmartWoodID—An Image Collection of Large EndGrain Surfaces to Support Wood Identification Systems.’ Database 2023:baad034 https://doi.org/10.1093/database/baad034.
• De Ridder, Maaike. 2024. Illegaal hout onderscheppen: waarom is dat zo moeilijk? Eos-blog
• Mitrache, Luiza. 2024. ‘Pathways for Inclusion and Participation of Diverse Museum Audiences in the Study and Conservation of Natural History Collections.’ The International Journal of the Inclusive Museum 18 (1): 187207. doi:10.18848/1835-2014/CGP/v18i01/187-207.