Ngăn chặn nguy cơ sập cầu bằng … smartphone

Theo dõi tính toàn vẹn cấu trúc của những cây cầu cũ và được sử dụng nhiều là công việc phức tạp, thường liên quan đến hàng loạt cảm biến đắt tiền. Tuy nhiên nghiên cứu mới đây đã chứng minh rằng một ngày nào đó điện thoại thông minh có thể thực hiện công việc nặng nhọc này. Cụ thể, các nhà khoa học đã chỉ ra cách một ứng dụng có thể được sử dụng để phát hiện những rung động tinh vi cho thấy khả năng cây cầu có thể bị sập, gieo mầm cho một giải pháp chi phí thấp nhằm duy trì một cơ sở hạ tầng quan trọng như vậy.

Để theo dõi tình trạng của cây cầu, các kỹ sư sẽ điều chỉnh các rung động tự nhiên được gọi là tần số phương thức, có thể thay đổi theo thời gian và chúng tiết lộ những thay đổi về tính toàn vẹn của cấu trúc. Điều này được thực hiện thông qua các cảm biến như máy đo gia tốc được đặt trên cầu, hoặc sử dụng hệ thống cảm biến không dây ….

Tuy nhiên theo trang MIT, các tác giả của nghiên cứu mới đã tìm cách khai thác các hệ thống cảm biến hiện có trong điện thoại thông minh. Nhóm đã xây dựng một ứng dụng dựa trên nền tảng Android đặc biệt để thu thập dữ liệu gia tốc kế trên điện thoại thông minh về tần số phương thức từ các phương tiện đi qua cầu. Ý tưởng là đưa chúng vào hoạt động và xem dữ liệu khớp với dữ liệu được thu thập bởi một bộ cảm biến giám sát cầu truyền thống như thế nào.

Nghiên cứu được thử nghiệm trên Golden Gate Bridge (San Francisco, Mỹ), các nhà nghiên cứu lái xe qua cầu 102 lần với ứng dụng đang chạy và cũng yêu cầu các tài xế Uber làm điều tương tự trong 72 chuyến đi. Dữ liệu sau đó được so sánh với dữ liệu tần số phương thức từ một bộ 240 cảm biến truyền thống đã được gắn vào cầu trong ba tháng. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng dữ liệu điện thoại phản ánh chặt chẽ dữ liệu được thu thập bởi các cảm biến truyền thống, đưa ra kết quả trùng khớp cho 10 loại rung động tần số thấp mà các kỹ sư xem xét trong những trường hợp này. Trong năm trường hợp, không có sự khác biệt nào cả.

Tác giả nghiên cứu Paolo Santi, nhà khoa học nghiên cứu chính tại Phòng thí nghiệm Senseable City Lab của MIT cho biết: “Chúng tôi có thể chứng minh các tần số này tương ứng rất chính xác với các tần số phương thức nổi bật của cây cầu”.

Golden Gate Bridge là một cây cầu treo, một loại chỉ chiếm 1% tổng số các cây cầu ở Mỹ. Để mở rộng những phát hiện này và khám phá cách công nghệ có thể áp dụng cho những cây cầu có nhịp bê tông nhỏ hơn chiếm khoảng 41%, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang một cây cầu kiểu này ở Ciampino, Ý.

Phần này của nghiên cứu liên quan đến 280 chuyến đi qua cầu với smartphone cài đặt sẵn ứng dụng, dữ liệu sau đó được so sánh với dữ liệu từ bộ sáu cảm biến đã được gắn vào cây cầu trong bảy tháng. Mặc dù các nhà nghiên cứu nhận thấy sự khác biệt trong dữ liệu về các tần số phương thức nhất định lên đến 2,3%, nhưng họ rất nhiệt tình về tiềm năng, vì đây là sự cải thiện đối với sự phân kỳ 5,5% được quan sát trong một dữ liệu nhỏ hơn. Điều này cho thấy việc mở rộng dữ liệu hơn nữa thông qua nhiều chuyến đi hơn có thể trau dồi thêm độ chính xác của kỹ thuật.

Đồng tác giả Carlo Ratti cho biết: “Chúng tôi vẫn còn nhiều việc phải làm, nhưng chúng tôi tin rằng cách tiếp cận của chúng tôi có thể được mở rộng một cách dễ dàng - đến cấp độ của cả một quốc gia. Nó có thể không đạt được độ chính xác mà người ta có thể nhận được khi sử dụng các cảm biến cố định được lắp đặt trên cầu, nhưng nó có thể trở thành một hệ thống cảnh báo sớm rất thú vị. Các dị thường nhỏ sau đó có thể gợi ý khi nào cần thực hiện các phân tích sâu hơn".

Các tác giả viết: “Những kết quả này cho thấy các bộ dữ liệu khổng lồ và rẻ tiền được thu thập bởi điện thoại thông minh có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc giám sát sức khỏe của cơ sở hạ tầng giao thông vận tải”.