Matematik kan redde liv til søs

Hundredvis af mennesker dør hvert år på havet på grund af fartøjs- og flyulykker. Beredskabshold har kort tid til at redde dem i vandet, fordi sandsynligheden for at finde en person i live falder efter seks timer. Ud over tidevand og udfordrende vejrforhold, ustabile kyststrømme gør ofte eftersøgnings- og redningsoperationer yderst vanskelige.

Ny indsigt i kyststrømme indsamlet af et internationalt forskerhold ledet af George Haller, Professor i ikke-lineær dynamik ved ETH Zürich, lover at forbedre de eftersøgnings- og redningsteknikker, der i øjeblikket er i brug. Brug af værktøjer fra dynamisk systemteori og havdata, holdet har udviklet en algoritme til at forudsige, hvor objekter og mennesker, der flyder i vandet, vil drive. "Vores arbejde har et klart potentiale til at redde liv, " siger Mattia Serra, tidligere ph.d. studerende ved ETH og nu postdoc ved Harvard, hvem er den første forfatter til en undersøgelse, der for nylig er offentliggjort i Naturkommunikation.

Skjulte fælder fører til forsvundne personer

I dagens redningsaktioner til søs, komplicerede modeller af havdynamik og vejrudsigter bruges til at forudsige drivende objekters vej. For kystvand, der hurtigt ændrer sig, imidlertid, sådanne forudsigelser er ofte unøjagtige på grund af usikre parametre og manglende data. Som resultat, en søgning kan startes på det forkerte sted, forårsager tab af kostbar tid.

Hallers forskerhold opnåede matematiske resultater, der forudsiger, at objekter, der flyder på havets overflade, bør samles langs nogle få specielle kurver, som de kalder TRansient Attracting Profiles (TRAPs). Disse kurver er usynlige for det blotte øje, men kan udvindes og spores fra øjeblikkelige havoverfladestrømdata ved hjælp af nyere matematiske metoder udviklet af ETH-teamet. Dette muliggør hurtig og præcis planlægning af søgestier, der er mindre følsomme over for usikkerheder i tid og sted for ulykken.

Et nyt værktøj til reddere

I samarbejde med et team fra MIT's Department of Mechanical Engineering, en gruppe fra Woods Hole Oceanographic Institute og U.S. Coast Guard, ETH -teamet testede deres nye, TRAP-baseret søgealgoritme i to separate haveksperimenter nær Martha's Vineyard nær USA's nordøstlige kyst. Arbejder ud fra de samme realtidsdata, der er tilgængelige for kystvagten, teamet har med succes identificeret TRAPs i regionen i realtid. De fandt ud af, at bøjer og dukker, der blev smidt i vandet, faktisk hurtigt samlede sig langs disse udviklende kurver. "Af flere konkurrerende tilgange testet i dette projekt, dette var den eneste algoritme, der konsekvent fungerede in situ, «siger Haller.

"Vores resultater opnås hurtigt, let at fortolke og billigt at implementere, " siger Serra. Han tilføjer, at den metode, de har udviklet, også har potentialet til at forudsige udviklingen af ​​olieudslip. Den næste plan for forskergruppen er også at teste deres nye forudsigelsesværktøj i andre havområder. Haller siger, "Vores håb er, at denne metode bliver en standard del af kystvagternes værktøj overalt."