Drageæg udklækket for at overvåge vulkansk aktivitet

University of Bristol er banebrydende inden for overvågning af vulkansk aktivitet ved at udvikle et banebrydende målesystem, der kan modstå de barske forhold omkring hjertet af en aktiv vulkan.

Sådan ekstrem, farlige og uforudsigelige miljøer udgør en meget vanskelig udfordring for pålideligt at registrere vulkansk adfærd til analytiske modeller. For nogle vulkaner er det simpelthen for farligt for en menneskelig tilgang. For at tackle dette problem har forskere fra de naturvidenskabelige og tekniske fakulteter udviklet højt specialiserede sensorpods, kaldet "drageæg", som kan placeres på farlige steder ved hjælp af en drone og give værdifulde realtidsdata om vulkansk aktivitet, der kan bruges til at informere om vurderinger af vulkansk fare.

Forskerne forestiller sig adskillige anvendelser for den teknologi, de udvikler, herunder fjernovervågning af andre naturfænomener såsom gletschere og geologiske forkastninger, og menneskeskabte farer, såsom lagerpladser for nukleart affald.

De "drageæg", der i øjeblikket udvikles, er autonome og intelligente sensorkapsler designet til at overvåge vulkansk aktivitet. De er udstyret med en række state-of-the-art sensorer til temperatur, fugtighed, vibrationer, og mange giftige gasser. En væsentlig udfordring er at optimere designet til at opfylde mange forskellige kriterier. De skal, være i stand til at operere under de ekstreme forhold i en vulkan, være let nok til at blive båret af en drone, og vær ultraeffektiv med hensyn til strømforbrug, da vedligeholdelse ikke er en mulighed på toppen af ​​en aktiv vulkan!

Disse sensorpods er resultatet af et intenst samarbejde på tværs af fakulteter og inkorporerer bemærkelsesværdige nye teknologier, der er opfundet og udviklet ved University of Bristol. Imellem disse, de selvaktiverende hændelsesdetektorer, kendt som "sensor-drevne" detektorer, er en vital del af denne nye enhed. De tillader æggene at forblive i dvale i længere tid, bevare magt, indtil vulkansk aktivitet detekteres, når drageægget "klækkes" ind i en fuldt udstyret fjernovervågningsstation med en trådløs sender.

Designet af forskergrupperne Electrical Energy Management og Digital Health, hændelsesdetektorerne har det laveste stand-by strømforbrug i verden. De kan aktiveres af pulser så lave som 5 picojoule (hvilket er omkring 100, 000 gange mindre end den energi, der frigives, hvis en frugtflue kolliderer med dig). Derfor, sensordrevne detektorer kræver ikke batteristrøm for at forblive i drift, og i stedet bruge en brøkdel af den energi, der er indeholdt i sensorsignalerne.

Æggene placeres på vulkanens skråning, og de er designet til at klækkes, når det sensordrevne modul registrerer vibrationer forårsaget af vulkanske rystelser. I fremtiden, æggene vil blive konstrueret til at reagere på en række forskellige vulkanske stimuli. Takket være dette detekteringskredsløb, æggene kan forblive i drift i mange måneder uden at opbruge deres energiressourcer.

Disse detektorer er blevet licenseret til og videreudviklet af tech start-up Sensor Driven Ltd, og er allerede blevet testet i marken ved en indsættelse ved Stromboli -vulkanen i Italien, markerer det første forsøg på at bruge en sådan teknologi til overvågning af en aktiv vulkan.

Med en kraftfuld trådløs sender, dragenæg kan rapportere data til en basestation med en satellitoplink i en sikker afstand på op til 10 km; langt væk fra vulkanens farer. Den ultraeffektive sensordrevne teknologi er nøglen til at maksimere levetiden for hvert enkelt æg. Æggene synergerer sammen som et intelligent laveffektsensornetværk med en stjernetopologi, hvilket gør det muligt for netværket at fortsætte driften, selv efter at flere æg er blevet opslugt af lava og flammer.

Dr. Yannick Verbelen, Research Associate i Fysikskolen, sagde:"Det er første gang, at et autonomt system, der bruger nul-power lytteteknologi, er blevet implementeret i denne form for fjendtlige omgivelser. Vi skubber grænserne for den sensordrevne laveffektovervågning i denne applikation, men det er det, forskning handler om."

På grund af de ekstreme forhold nær de vulkanske åbninger, "drageæggene" er designet til at blive indsat af flyvende Unmanned Aerial Vehicles (UAV'er). Ved hjælp af en let, men hurtig drop-off mekanisme, en lille drone med høj smidighed kan bruges til implementeringsmissionerne, minimere den tid, UAV'en bruger i farezonen, og begrænse dens eksponering for stærkt ætsende vulkanske gasser.

Dr. Kieran Wood, Senior Research Associate og UAV-specialist i Aerospace Engineering, forklaret:"Dette er en eksemplarisk applikation til brug af UAV'er (droner). At nærme sig vulkaner er farligt og logistisk udfordrende. UAV'er kan effektivt placere sensorer på lang rækkevidde for at minimere risikoen og forbedre effektiviteten af ​​dataindsamlingen".

Denne banebrydende forskning er blevet finansieret gennem to gratis britiske forsknings- og innovationsstipendier:ASPIRE, rettet mod at udvikle laveffektssensorer til ekstreme miljøer, og National Center for Nuclear Robotics (NCNR) rettet mod at udvikle avanceret robotteknologi og kunstig intelligens-teknologier til nuklear industriapplikationer. For nylig, projektet har også modtaget støtte fra Cabot Institute Innovation Fund.

Lead i Bristol for begge tilskud, Professor Tom Scott, sagde:"Ved at kombinere den tværfaglige ekspertise og teknologier fra flere gratis bevillinger, der arbejder sammen, har vi gjort det muligt for os at opnå noget, der virkelig ændrer spillet. En sådan tilgang har gjort os i stand til at levere resultater på en meget kortere tidslinje og et mindre budget, end det normalt ville være muligt. ."