Interdisciplinair wiskundeonderzoek aan vogelmigratie

Interdisciplinair wiskundeonderzoek aan vogelmigratie

Als je begint met je studie lijkt het einde altijd oneindig ver weg. Maar voordat je het weet ben je niet alleen je laatste tentamens aan het afronden, maar ook je scriptie aan het schrijven. Dat is vaak de eerste echte aanraking met onderzoek doen in je studie.

In de nieuwe reeks: Koffie met... een interview met Merel Vogel.

Merel Vogel (22) is een studente Wiskunde en Bèta-gamma aan de Universiteit van Amsterdam. In het afgelopen semester is ze bezig geweest met haar bachelor-scriptie om daarmee haar bachelor af te ronden. We hebben haar in deze tijd geïnterviewd om te kijken wat ze van wiskundig onderzoek doen vond, en waarom ze heeft gekozen om wiskunde te studeren.

Kleine mantelmeeuw

Haar onderzoek gaat over vogelmigratie van de kleine mantelmeeuw waarbij ze kijkt naar hun vliegbanen en bewegingen. Ecologen vinden het heel interessant om te kunnen voorspellen hoe deze vogels migreren met de seizoenen, omdat je daardoor veel over het gedrag van een diersoort kan leren. Voor dit soort onderzoeken gebruiken ecologen vaak wiskunde om analyses uit te kunnen voeren. Het startpunt zijn waarnemingen, die de basis van een wiskundig model vormen.

De data van vogelmigratie worden verzameld door de vogels een "GPS-rugzakje" mee te geven die dan detecteert waar de vogel zich bevindt. Aan de hand van deze data kun je niet alleen achterhalen waar de vogel was, maar ook hoe lang hij nodig had om van plek A naar plek B te komen. Daarmee kun je een model creëren  waarmee je wilt voorspellen wat de volgende positie van de vogel is.

Alleen zit er vaak wel een fout in de GPSdata die dan je model verstoorde. Hier is een handige truc voor om die te corrigeren, de Kalmanfilter. Je zou het kunnen  vergelijken met een koffiefilter. Als je een kopje koffie zet dan heb je natuurlijk heel veel last van het koffiepoeder, dat je uiteindelijk niet in je koffie wilt hebben. Met de koffiefilter filter je dat eruit. Het blijft dan achter als het residu. Volgens hetzelfde principe werkt de Kalmanfilter. Hij filtert als het ware de ruis van de GPS-data eruit zodat je met veel grotere nauwkeurigheid onderzoek kunt doen. 

Niet alleen in de ecologie wordt de Kalmanfilter gebruikt. Ook in veel andere vakgebieden komt hij voor, zoals in de ruimtevaart, waar hij helpt met raketbanen bij het lanceren. Hij werd bijvoorbeeld al gebruikt voor de Apollo 11, maar ook in andere GPS-signalen zoals in navigatiesystemen van auto's. 

Dit is ook een van de redenen waarom Merel besloot dit onderzoek te doen. "Ik wilde graag een interdisciplinair project doen zodat ik ook de toegepaste kant van de wiskunde zou zien." Ze vond het heel interessant om te zien hoe je wiskunde zo universeel kan toepassen. Het is niet heel gebruikelijk voor bachelorscripties om zo'n interdisciplinair project te doen. Ze heeft daarom ook niet een, maar twee begeleiders voor haar scriptie, een ecoloog en statisticus, en een wiskundige
die onderzoek doet in de stochastiek. Beiden werken aan de Universiteit van Amsterdam, maar ze hebben hiervoor nog nooit samengewerkt. "Het is heel interessant om te zien hoe onderzoekers van verschillende vakgebieden met elkaar communiceren en verschillende dingen belangrijk vinden in het onderzoek." Zonder te oordelen zijn ze beiden erg geïnteresseerd in het onderzoek van de ander. "Het is een heel fijn onderwerp om aan te werken."

Het is niet heel gek dat Merel heeft gekozen voor een interdisciplinaire scriptie. Na haar middelbare koos ze voor de studie Bèta-gamma. Deze bachelor is heel erg gericht op interdisciplinair onderzoek. In je eerste jaar krijg je vakken uit heel veel verschillende vakgebieden en in de jaren erop verdiep je je in een major, maar je blijft ook interdisciplinair onderzoek doen. Merel koos voor de major wiskunde. Die leek haar zo leuk omdat het de grootste uitdaging was en ook zo breed toepasbaar. Toen ze net klaar was met de middelbare school vond ze het heel erg moeilijk om een keuze te maken omdat bijna alles wel leuk leek. Dit is ook nooit echt weggegaan, maar ze is toch blij dat ze voor de studie wiskunde heeft gekozen.

We vroegen haar wat een van haar favoriete wiskunde resultaten is. Na even na te denken begon ze over normale verdelingen. "In het algemeen vind ik het cool dat je een normale verdeling zo goed kan manipuleren. Bijvoorbeeld dat de som van twee normale verdelingen weer een normale verdeling is. Daarnaast is hij natuurlijk ook zo belangrijk. Oh, en dat in de topologie een kopje koffie hetzelfde is als een donut." Ik moest zelf ook even lachen omdat ik dat zelf ook een van de leukste resultaten vond in de wiskunde. Was de studie anders dan ze had verwacht? "Op de middelbare dacht ik dat wiskunde vooral integralen uitrekenen was en afgeleides nemen. Tijdens mijn studie zag ik dat dit heel anders is!” Haar scriptie doen vond ze echt heel leuk.

"Het is heel leuk te zien dat na al die jaren studeren je echt kennis hebt opgedaan die nu samenkomt in dit project". Als je alleen vakken volgt heb je dit niet zo snel door. Het geeft haar ook goede inzichten in wat ze later wil gaan doen in haar leven. "Ik vind wiskunde heel leuk, maar vind het ook vooral leuk als er iets mee gedaan kan worden." Waarschijnlijk gaat ze hierna ook een master doen in de toegepaste wiskunde. Is ze blij met studie wiskunde? "Bij wiskunde leer je erg precies te zijn,  secuur te werken en kritisch na te denken, en je leert dat je jezelf voor een uitdaging kan stellen."