Forbrugerseismometer til gymnasieunger leverer tidlig advarsel om lavpris jordskælv

En gymnasieungdom i det sydlige Californien har bygget et billigt seismometer, der leverer tidlige jordskælvsadvarsler til hjem og virksomheder. Det koster mindre end $100 for hende at lave i dag, seismometeret kunne en dag være en almindelig husholdningssikkerhedsanordning, der ligner en smart røgdetektor, siger dens opfinder Vivien He.

På størrelse med en Rubiks terning og indkapslet i klar akryl, seismometeret har en slank, forbrugerklar look. Enhedens geofon registrerer indgående jordbevægelse, mens hardware og software ombord oversætter geofonens elektriske signaler til en digital bølgeform. Enheden har registreret alle jordskælv med en styrke på 3,0 omkring Los Angeles siden september 2020.

Når jordskælv er stærkere end den alarmtærskel, brugeren har indstillet, enheden kan lyde den indbyggede alarm for advarsel på stedet, sende en tekstbesked til lokale abonnenter af den regionale advarselstjeneste, og kan styres fra en smartphone.

Han præsenterede sin forskning om enheden på Seismological Society of America (SSA)'s 2021 Annual Meeting.Hun vandt også et SSA Student Travel Grant, den eneste gymnasieelev blandt alle modtagere, at deltage i konferencen gratis. Hun er elev på Palos Verdes Peninsula High School i Rolling Hills Estates. Han takker hendes videnskabsforskerklasselærer, Melissa Klose, for hendes vejledning om videnskabelige forskningsmetoder og hendes støtte til at forfølge forskningsmuligheder.

Han undersøgte, designet, bygget, og testede hele enheden over en sommer og efterår tilbragt derhjemme under COVID-19-restriktioner. Hendes hjemmelaboratorium indtager et hjørne af et soveværelse med "sengeskuffer fulde af små ledninger og ekstra geofoner og komponenter." hun sagde.

Der var også badeværelset, hun lånte, hvor det skarpe lys var godt til lodning. Til laserskæring i akryl, hendes far hjalp hende med at trække et bord ud af garagen ind i gården som en sikkerhedsforanstaltning.

"Det gjorde jeg - fortæl det ikke til min mor - men jeg havde en gang en lille smule ild, " indrømmede hun.

Seismometeret udfylder et hul i de nuværende jordskælvs tidlige varslingssystemer, Han sagde, ved at tilbyde en forbrugervenlig, lavpris, men bygget til formålet alternativ til dyrere, systemer af videnskabelig kvalitet som vestkystens ShakeAlert-system. Hendes enhed tilbyder en måde, hvorpå folk i jordskælvszoner kan få et par til titusvis af sekunders advarsel til at skride til handling og automatisk lukke forsyninger og maskiner på arbejdet.

Han har oprettet en nonprofitorganisation, Melior Earth, for at hjælpe hende med at få enheden til dem, der har brug for et billigt jordskælvsvarslingssystem. "Jeg har håb om, at jeg ville være i stand til at give dette til familier med lavere indkomst og kvarterer med mindre jordskælvssikker infrastruktur, " hun sagde.

Stille under karantæne

Han fik ideen til seismometeret efter at have læst et papir om den usædvanlige seismiske "stilhed", der sænkede sig over jorden, da COVID-19-lockdowns satte en stopper for megen menneskelig aktivitet. "Jeg tænkte på, om jeg ville være i stand til at måle det fra mit eget hjem, " huskede hun, "og så udviklede det sig hurtigt til, Jeg spekulerer på, om jeg kan måle i mit eget hjem og anvende det til tidlig varsling om jordskælv?"

Hun begyndte at læse om tidlig advarsel om jordskælv og bygge en gigantisk tre-ringet ringbind af fremhævede papirer, herunder mange fra SSA-tidsskrifter. En af hendes yndlingsforskere på området var Richard M. Allen, direktør for Berkeley Seismology Lab.

"Jeg nød virkelig den måde, han forklarede jordskælvs tidlige varslingssystemer og de nuværende systems begrænsninger, " Han sagde.

Forskningen gav He tillid til, at hun kunne bygge en billig enhed til tidlig varsling om jordskælv, tager en forbrugerbaseret tilgang versus den konventionelle offentlige stationsbaserede tilgang. Efter det, det var tid til at finde ud af komponenterne, programmeringen og designet. Hun havde ikke meget ekspertise i projektet, imidlertid, mange af de nødvendige færdigheder og viden var uden for skolens pensum.

"Jeg var til et MIT hackathon den anden dag, og hvad de sagde er, at hemmeligheden for hackere er, at de bare googler alt, ikke sandt?" sagde hun. "Og det er lidt ligesom det, jeg gjorde for dette projekt, synes godt om, åh, Jeg ved ikke hvordan det virker, bare google det!'"

Som han vil diskutere i sin SSA-præsentation, enheden udviklede sig over tid, efterhånden som hendes færdigheder blev forbedret, og hun løste designproblemer undervejs. Sammen med dens advarsels- og notifikationsfunktioner, det endelige design indeholder et datakort, der kan indeholde op til fire års standard jordskælvsbølgeformfiler, som også kan bruges til seismologiske undersøgelser.

"Hej, Hører I det?"

Han tilsluttede hendes første seismometer en nat efter midnat i september sidste år. "Og så gik jeg i seng, og så næste dag vågnede jeg, og der havde været et jordskælv i Los Angeles, og jeg var ligesom, åh, det er skæbne!"

Hun sammenlignede det seismiske signal, der blev opfanget af hendes enhed, med et, der blev produceret af en U.S. Geological Survey-station nær hendes hus, "og bølgeformen så den samme ud, " huskede hun.

En af de tidlige succeser i hendes testperiode kom, da "min familie var helt i stuen, og vi snakkede alle sammen, og enheden begyndte at bippe, og jeg sagde, 'Hej, Hører I det?' Og de var ligesom, 'er det et jordskælv?' og så begyndte pendullamperne at ryste, " hun sagde.

Seismometeret har siden med succes registreret flere nylige jordskælv i det sydlige Californien, og han har konkurreret på videnskabsmesser i hendes skoledistrikt og Los Angeles County. der, hun vandt finalistprisen for International Science and Engineering Fair (ISEF), hvilket flytter hende videre til at konkurrere på internationalt niveau næste gang. Ud over, hun vandt Association of Women Geoscientists Award, Cheryl Saban Self-Worth Foundation for Women &Girls 1st Place Award og stipendium, og de professionelle ingeniører i den californiske regerings Marylin Jorgenson-Reece Award of Excellence and Scholarship.

Han, som fyldte 17 i februar, arbejder på at få et brugspatent for enheden. Hun planlægger at bruge sin nonprofitorganisation til at fremme forbrugeradoption til enheden, især at gøre tidlig varsling om jordskælv tilgængelig for de lavere indkomstlande, regioner og befolkning.

"Hele pointen med det er, at det ville være et forbrugerprodukt, men jeg er ikke fokuseret på den økonomiske gevinst ved det, " forklarede hun. "Jeg er mere fokuseret på videnskaben om det og bare påvirkningen generelt på mennesker og på forebyggelse af jordskælvskatastrofe."