جلوگیری از فروریختن پل ها با کمک گوشی های هوشمند!

به گزارش تین نیوز، نظارت بر یکپارچگی ساختاری پل هایی که بسیار استفاده می شوند و قدیمی هستند، کار پیچیده ای است که اغلب مجموعه ای از حسگرهای پرهزینه را می طلبد، اما پژوهش های جدید نشان داده اند که چگونه گوشی های هوشمند روزی می توانند این کار سنگین را انجام دهند.

دانشمندان نشان داده اند که چگونه می توان از یک اپلیکیشن برای تشخیص ارتعاشات ظریفی که احتمال فروریختن پل را نشان می دهند، استفاده کرد که امیدها را برای ارائه راه حلی کم هزینه و جمعی برای حفظ چنین زیرساخت های مهمی زنده کرده است.

مهندسان به منظور ردیابی سلامت یک پل، ارتعاشات طبیعی به نام فرکانس های مُدال یا کیفی را نظارت می کنند که می تواند در طول زمان تغییر کند و تغییرات در یکپارچگی سازه را آشکار کند. این فرکانس ها را می توان از طریق حسگرهایی مانند شتاب سنج هایی که روی پل قرار می گیرند به دست آورد. سیستم های حسگر بی سیم می توانند راه ارزان تری را ارائه دهند و همچنین پهپادهای خودران می توانند این نوع عملیات را ساده تر کنند.

نویسندگان این پژوهش جدید اکنون در عوض به دنبال استفاده از سیستم های حسگر موجود در گوشی های هوشمند مردم هستند. این گروه پژوهشی یک برنامه مبتنی بر اندروید را به شکل خاص برای جمع آوری داده های شتاب سنج گوشی های هوشمند بر روی فرکانس های مُدال از وسایل نقلیه ای که از روی پل ها عبور می کنند، ساخته است. ایده این بود که آنها را به کار ببندند و ببینند که چقدر این داده ها با داده های جمع آوری شده توسط حسگرهای سنتی نظارت بر پل مطابقت دارند.

این موضوع در پل "گلدن گیت" آزمایش شد و پژوهشگران ۱۰۲ بار همزمان با اجرای این برنامه از روی پل رانندگی کردند و همچنین از رانندگان اوبر خواستند که در ۷۲ سفر خود همین کار را انجام دهند. سپس داده ها با داده های فرکانس مُدال مجموعه ای از ۲۴۰ حسگر سنتی که به مدت سه ماه به پل گلدن گیت متصل شده بودند، مقایسه شد.

در نهایت این گروه دریافت که داده های تلفن های هوشمند دقیقاً منعکس کننده داده های جمع آوری شده توسط حسگرهای سنتی است و یک تطابق نزدیک برای ۱۰ نوع ارتعاشات فرکانس پایین که مهندسان در این موارد به آنها نگاه می کنند، ارائه می دهد و حتی در پنج مورد اصلاً تفاوتی وجود نداشت.

پائولو سانتی(Paolo Santi) نویسنده ارشد این پژوهش از موسسه فناوری ماساچوست(MIT) گفت: ما توانستیم نشان دهیم که بسیاری از این فرکانس ها با فرکانس های مُدال پل کاملا مطابقت دارند.

پل گلدن گیت یک پل معلق و از نوعی است که تنها یک درصد از کل پل های موجود در ایالات متحده را تشکیل می دهد. برای گسترش این یافته ها و کشف این که چگونه این فناوری می تواند برای پل های بتنی کوچک تر که حدود ۴۱ درصد از پل های ایالات متحده را تشکیل می دهند، اعمال شود، مهندسان به پلی از این نوع در کیامپینو در ایتالیا روی آوردند.

این بخش از مطالعه شامل ۲۸۰ سفر با وسیله نقلیه بر روی پل با استفاده از اپلیکیشن گوشی هوشمند بود که در مقایسه با داده های مجموعه ای متشکل از شش حسگر که به مدت هفت ماه به پل متصل شده بود، مقایسه شد.

اگرچه پژوهشگران در داده های فرکانس های مُدال خاص تا ۲.۳ درصد واگرایی پیدا کردند، اما آنها مشتاق پتانسیل استفاده از این راهکار هستند، زیرا شاهد بهبود ۵.۵ درصدی در واگرایی مشاهده شده در داده های کوچک تر بودند. این نشان می دهد که گسترش بیشتر داده ها از طریق سفرهای بیشتر از روی پل می تواند دقت این تکنیک را بیشتر کند.

کارلو راتی(Carlo Ratti) یکی از نویسندگان این مقاله می گوید: ما هنوز کار داریم، اما معتقدیم که رویکرد ما می تواند به راحتی تا سطح کل کشور توسعه یابد. ممکن است این روش به اندازه استفاده از حسگرهای ثابت نصب شده بر روی پل به آن دقت نرسد، اما می تواند به یک سیستم هشدار اولیه بسیار جالب تبدیل شود. سپس ناهنجاری های کوچک می توانند زمان انجام تحلیل های بیشتر را نشان دهند.

این گروه پژوهشی همچنین بررسی کرد که چگونه گنجاندن این نوع داده های تلفن هوشمند در برنامه های تعمیر و نگهداری پل ها می تواند بر طول عمر آنها تأثیر بگذارد و محاسبه کرد که نظارت بر دستگاه های تلفن همراه می تواند بین ۱۵ تا ۳۰ درصد عمر بیشتر به پل ها اضافه کند.

پژوهشگران می گویند: این نتایج نشان می دهد که مجموعه داده های عظیم و ارزان جمع آوری شده توسط تلفن های هوشمند می توانند نقش مهمی در نظارت بر سلامت زیرساخت های حمل و نقل موجود داشته باشند.

این پژوهش در مجله Communications Engineering منتشر شده است.