Udnyttelse af droner, geofysik og kunstig intelligens til at udrydde landminer

Bevæbnet med en nyligt præget bachelorgrad i geologi, Jasper Baur er i minedrift. Ikke de miner, hvor vi udvinder metaller eller mineraler; den slags, der hvert år dræber og lemlæst tusinder af mennesker. Baur og kolleger forsøger at vise, at dronefødte geofysiske sensorer allerede bruges inden for områder som efterforskningsgeologi, vulkanologi og arkæologi kan anvendes til mere effektivt at lokalisere og eliminere disse dødelige farer

Som nyuddannet ved upstate New Yorks Binghamton University i 2016, Baur begyndte at arbejde med to geofysikprofessorer, Alex Nikulin og Timothy de Smet, at kigge på at anvende instrumentudstyrede droner til at fremskynde de langsomme, farlig opgave med at finde landminer. Baur holdt fast i forskningen hele vejen igennem college; nu en kandidatstuderende i vulkanologi ved Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory, han forfølger det stadig.

"Det virkede som en virkelig relevant og effektfuld brug af videnskab, "sagde han." Det har et humanitært aspekt, og det er bestemt det, der motiverer mig i min forskning. "

Miner og andre ueksploderede forordninger er en verdensomspændende trussel; omkring 100 millioner enheder menes at være i øjeblikket spredt over snesevis af lande. Bortset fra at sætte både krigstid og efterkrigstidens områder uden for rejser, landbrug eller andet de forårsagede mindst 5, 500 registrerede tab i 2019; i mange tidligere år har været meget højere. Omkring 80 procent af ofrene er civile, og af dem, næsten halvdelen er børn. I løbet af det sidste årti, miner er blevet indsat i mindst 15 lande:Afghanistan, Colombia, Indien, Iran, Israel, Libyen, Myanmar, Nigeria, Nordkorea, Pakistan, Syrien, Thailand, Tunesien, Ukraine og Yemen. Det her, på trods af at mere end 160 nationer har underskrevet en konvention fra 1997 om at forhindre deres lagring eller brug (store undtagelser:USA, Rusland og Kina).

De, der lægger miner, kommer sjældent tilbage for at rydde dem. Det falder generelt hos nonprofit -humanitære organisationer, der mest finder dem på den gammeldags måde:til fods, langsomt fejende mistænkte steder med magnetometre eller andre håndholdte instrumenter. At finde og afvæbne en enkelt mine tager masser af tid, og koster anslået $ 300 til $ 1, 000. "Og, selvfølgelig, det er farligt, "bemærker Baur.

Indtast stadig mere overkommelige og sofistikerede droner og miniaturiserede geofysiske sensorer. Binghamton-teamets første fokus:den russisk fremstillede PFM-1-mine, en enhed kun fem centimeter på tværs, hovedsagelig lavet af plast, og formet som en sommerfugl. Designet til at blive faldet fra luften i stort antal, de flagrer forsigtigt til jorden som flokke af fugle, og afventer det uforsigtige. Designet hovedsageligt til lemlæstelse, ikke dræbe, de er svære at få øje på med et magnetometer, fordi de indeholder lidt metal. Og fordi de ligner plastiklegetøj, mange børn håndterer dem, og blive sprængt. De forbliver i forskellige landes arsenaler, men Afghanistan er ground zero for dem. Det anslås, at 10 millioner stadig kan ødelægge landet - mange ikke engang fra de seneste kampe, men fra den russiske besættelse 1979-1989. De har dræbt eller såret mere end 30, 000 afghanere. For nylig, de er dukket op langs Ukraines voldsomt anfægtede grænse med Rusland.

For at udføre eksperimenter, holdet købte et par dusin PFM-1'er fra et militært samleobjekt-naturligvis afvæbnet, deres eksplosive flydende interiør blev drænet og genopfyldt med en inaktiv olie. De spredte miner i en række forskellige landskaber på campus og i den nærliggende Chenango Valley State Park, herunder græs, sand og snevejr. Derefter sendte de droner op for at undersøge forskellige måder at opdage dem på, visuelt eller på anden måde. For at simulere det ruinerede højbjerge afghanske terræn, hvor miner oftest findes, de fik tilladelse fra statsparken til at udvinde en forladt, delvist opbrudt gammel asfaltparkeringsplads.

En frugtbar allé, de fandt, var termisk billeddannelse; tidligt om morgenen og sidst på dagen, minerne opvarmes eller afkøles med andre hastigheder end omgivende materiale. I tidlige forsøg, de demonstrerede, at de kunne finde omkring tre fjerdedele af PFM-1'er ved manuelt at observere temperaturforskelle på en computer. De prøvede også synlige og infrarøde lysspektre for at få øje på mineerne visuelt, med lignende succes. Holdet indrømmer, at dette ikke er godt nok til, at droner kan erstatte jordhold, men det kunne hurtigt indsnævre placeringer og layout af mine marker. (Flyver 10 meter over overfladen, en drone kan undersøge et 10-til-20-meter plot, den typiske størrelse på et enkelt ellipsoidalt PFM-1-minefelt, på tre og et halvt minut.)

For nylig, for at forbedre detektionshastigheden, teamet er begyndt at anvende machine learning, træner deres computere til at genkende forskellige mineegenskaber og hurtigt vise dem. I et papir, der netop blev offentliggjort i Journal of Conventional Weapons Destruction ledet af Baur og tidligere studiekammerat Gabriel Steinberg, de viser, hvordan kunstig intelligens har givet dem mulighed for at øge den visuelle registreringsrate til mere end 90 procent.

Gruppen har også undersøgt, hvordan man kan se traditionelle begravede metalminer, viser, at droner med aeromagnetiske instrumenter også kan se nogle af disse, herunder store antitankminer. (Som mange andre ammunition, disse er også tilgængelige på militære overskudssteder, De undersøger også, hvordan man kan finde ueksploderet ordinance, der blev affyret fra raketter til flere tønder.

Nu hvor han forfølger vulkanologi, Baur har muligvis ikke så meget tid til minerydning. Arbejder under Lamont-Doherty vulkanolog Einat Lev, denne sommer rejste han til Okmok -vulkanen, i Alaskas fjerntliggende Aleutiske Øer. Der, han arbejdede på et projekt for at installere geofysiske instrumenter på den meget aktive top for at måle ændringer i jordoverfladen, seismiske bølger og andre egenskaber, del af en bred, langsigtet indsats hos Lamont for at forfine den stadig rå videnskab om at forudsige farlige udbrud.

Hvad har vulkanologi at gøre med landminer? Ikke noget, siger han - og alt. Nogle instrumenter og dataanalyseteknikker, der er nyttige til at studere vulkaner, ligner dem, der er nyttige til at detektere miner. Og, i stigende grad, vulkanologer anvender droner til at undersøge steder, der er for farlige til at gå til fods. Anvendt vulkanologi, også, er som minering ved, at det i sidste ende er rettet mod at hjælpe mennesker med at undgå skader eller død.

I mellemtiden, Baur har dannet en organisation, det forringende forskningsfællesskab, med sine gamle professorer og Steinberg. De har været i kontakt med, blandt andre, minerydning af fagfolk ved Røde Kors og FN. Forskellige organisationer har allerede overvejet at bruge droner til at fremskynde deres arbejde, men hidtil har der været lidt anden offentliggjort forskning, og ingen optagelse. "Af meget gode grunde, minerydningssamfundet er meget forsigtigt. De er tilbageholdende med at acceptere nye metoder, "sagde Baur." Så du er virkelig nødt til at fastslå, at dette virker, og det kommer til at tage tid. "

Indtil nu, Baur har kun et glimt af et faktisk minefelt, en markeret, under et besøg i Israel. Til sidst, han siger, "vi vil teste vores metoder på en rigtig minemark. Du kan ikke redegøre for alt, hvad du måtte støde på i et kunstigt miljø. Der er meget mere kaos i den virkelige verden."

Nu hvor Taleban har overtaget Afghanistan, ville han overveje at tage dertil for at lave sin forskning i den virkelige verden? "Øh, Nej. "Men der er altid Ukraine." Vi har nogle kontakter der, " han sagde.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.