My Shake؛ لرزه نگاری به سبک نوین

ماهنامه دانشمند - حسین ملک محمدی: تا امروز انواع و اقسام برنامه های کاربردی برای گوشی های هوشمند تلفن همراه عرضه شده است. از بازی های مهیج گرفته تا شبکه های اجتماعی که نحوه ارتباط ما با اطرافیان را دگرگون کرده اند و هزاران برنامه کاربردی دیگر. حالا دانشمندان مایل اند از این پتانسیل به نفع حیات بشر استفاده کنند. مای شِیک (My Shake) برنامکی است که گوشی های هوشمند را به شبکه ای منسجم برای لرزه نگاری تبدیل می کند تا جان افراد بیشتری در برابر زلزله حفظ شود


محققان دانشگاه کالیفرنیا در آخرین روزهای بهمن امسال، برنامه اندرویدی مای شیک را عرضه کرده اند. این برنامه می تواند با استفاده از حسگر شتاب سنج موجود در گوشی های هوشمند تلفن همراه، لرزه های زمین را جمع آوری و تحلیل کند و در صورت بروز زمین لرزه، با اطلاع رسانی سریع، افراد نزدیک به کانون زلزله را آگاه کند. بدین ترتیب محققان می خواهند با مشارکت عمومی، شبکه ای جهانی برای لرزه نگاری به پا کنند. مای شیک را می توانید از گوگل پلی استور دریافت کنید.

این برنامه مصرف انرژی بسیار کمی دارد و در طول ۲۴ ساعت داده های شتاب سنج گوشی را برای تکانه های قابل توجه محلی رصد می کند. در صورتی که داده های مربوط به لرزش با الگوهای زمین لرزه مطابقت داشته باشد، این اطلاعات همراه داده های GPS برای تحلیل به سرورهای موجود در لابراتوار زلزله شناسی ارسال می شود. امید می رود در صورتی که تعداد مناسبی از افراد این برنامه را نصب و استفاده کنند، محققان بتوانند ایرادهای احتمالی موجود در مای شیک را رفع کنند. قرار است پس از استقبال عمومی نسخه مخصوص گوشی های آیفون نیز تهیه و عرضه شود.

ریچارد آلن، سرپرست پروژه این برنامک که مدیر آزمایشگاه زلزله شناسی برکلی، استاد دانشگاه و صاحب کرسی در دپارتمان زمین و علوم سیاره ای نیز هست، در گفت و گو با پایگاه اطلاع رسانی دانشگاه برکلی می گوید: «برنامه مای شیک نمی تواند جایگزین شبکه های سنتی لرزه نگاری شود، اما می تواند در مناطقی که شبکه سنتی دارند، هشدارهای اولیه زلزله را سریع تر و دقیق تر ارائه دهد. همچنین این برنامه می تواند در کشورهایی که شبکه های سنتی لرزه نگاری ندارند، جان افراد را نجات دهد.»

امروزه چنین شبکه بزرگ لرزه نگاری می تواند تنها گزینه موجود برای ثبت لرزه خیزی در کشورهای در حال توسعه و زلزله خیزی نظیر نپال و پرو باشد. کشورهایی که شبکه های پراکنده لرزه نگاری دارند یا در کل از چنین زیرساخت مهمی بی بهره اند. جالب اینجاست که با وجود چنین کمبودهای مهمی شهروندان این کشورها میلیون ها گوشی هوشمند تلفن همراه دارند که می تواند در این زمینه به کار گرفته شود.


از سوی دیگر ایستگاه های سنتی لرزه نگاری، تراکم بسیار کمی در سطح کشورها دارند و احتمالا تعدادشان در کل یک منطقه وسیع فقط به چند مورد محدود می شود. در مقابل می توان از گوشی های هوشمندی که مجهز به حسگرهای ارزان قیمت هستند برای برپاساختن شبکه ای بسیار متراکم استفاده کرد.

حسگرهای بازی، ناجی بشر

اغلب گوشی های هوشمند می توانند با استفاده از حسگرهایی که دارند، به سادگی حرکات ناشی از زلزله را اندازه گیری کنند. از حسگرهایی که برای ارزیابی جهت گوشی و برای نمایش یا بازی هستند می توان بهره برد. در سال های گذشته بهبود کیفیت و افزایش دقت این حسگرها را برای هرچه بهتر انجام دادن بازی ها شاهد بوده ایم، موردی که در این زمینه کارایی و دقت را به مراتب بالاتر می برد.

واقعیت انکارناپذیر این است که شتاب سنج تلفن های هوشمند به نسبت زلزله سنج های زمینی حساسیت بسیار کمتری دارند؛ با وجود این حسگر گوشی ها به اندازه ای حساس هستند که زلزله هایی به بزرگی ۵ ریشتر و بیشتر را در فاصله ۱۰ کیلومتری از کانون آن تشخیص دهند. این ها همان زلزله هایی هستند که تلفات جانی و مالی فراوانی بر جای می گذارند.

یکی از متراکم ترین شبکه های لرزه نگاری دنیا در کالیفرنیا قرار دارد. این ایالت به شبکه ای متشکل از ۴۰۰ ایستگاه لرزه نگاری مجهز است. این در حالی است که بنا بر آمار منتشر شده، در همین ایالت بیش از ۱۶ میلیون تلفن هوشمند وجود دارد و اگر متخصصان بتوانند بخش بسیار کوچکی از این افراد را در برنامک مای شیک گرد هم آورند، می توانند حجم بسیار بالایی از اطلاعات را جمع آوری کنند.


در سراسر دنیا بیش از یک میلیارد نفر از گوشی های هوشمند استفاده می کنند. در کشور ما نیز از ۷۲ میلیون کاربر تلفن همراه، بیش از ۴۰ میلیون نفر گوشی هوشمند دارند؛ یعنی حدود ۵۰ درصد مردم به این ابزار دسترسی دارند. این در حالی است که مرکز لرزه نگاری دانشگاه تهران فقط مجهز به ۱۰۸ ایستگاه دیجیتالی، ۲۰ شبکه لرزه نگاری محلی، چهار پایگاه لرزه نگاری تک ایستگاهی و یک دستگاه درون چاهی است.

الگوریتم تشخیص زلزله، قلب تپنده برنامک

در مقاله ای که اواخر بهمن در مجله «پیشرفت های علمی» (Science Advances) منتشر شد، الگوریتم استفاده شده در این برنامک شرح داده شد. این مقاله نشان می دهد این برنامه داده های حاصل از شتاب سنج گوشی را چطور تحلیل می کند و چگونه لرزش های معمول نظیر راه رفتن، دویدن و افتادن را از لرزه های ناشی از زمین لرزه تشخیص می دهد. در آزمایش های شبیه سازی شده، این الگوریتم با موفقیت توانست دقتی ۹۳ درصدی داشته باشد و به درستی زلزله را از دیگر لرزش ها تشخیص دهد.

زمانی که برنامه تشخیص می دهد لرزش ها ناشی از زمین لرزه هستند، برای مدت بسیار کوتاهی GPS گوشی را فعال می کند تا موقعیت گوشی به طور دقیق ثبت شود و سپس بسته بسیار کوچکی از اطلاعات از طریق اتصال اینترنتی ارسال می شود.

محققان این دانشگاه امیدوارند هزاران نفر از مردم این برنامه را دریافت و نصب کنند تا آن ها بتوانند این برنامک را به خوبی آزمایش کنند. در صورت موفقیت آمیزبودن این آزمون، آن ها می توانند بسته های به روز رسانی را برای مای شیک منتشر کنند تا در یک سال آینده هشدارهای اولیه نیز به برنامه افزوده شود.

در آزمایش های شبیه سازی شده، این برنامه توانست به موقع هشدارهای اولیه را ارسال کند. هدف بلندمدت محققان آن است که ارزش تشخیص زلزله را آن قدر نشان دهند تا این برنامه به صورت پیش فرض در گوشی های هوشمند جای گیرد و تمامی گوشی های هوشمند بخشی از این سیستم جهانی شوند.


آماده سازی برنامک

قدرت اصلی مای شیک در الگوریتم تشخیص زلزله آن است. بعد از آماده سازی الگوریتم، گروهی هشت نفره از برنامه نویسان طی سه سال آن را کدنویسی کردند. برنامه طوری نوشته شده که حین فعالیت همیشگی، منابع سیستمی و سخت افزاری بسیار کمی را مصرف کند. پس از تهیه نمونه اولیه به کمک شبیه سازی زلزله های عظیم، آن را روی ۷۵ گوشی اندرویدی آزمایش کردند. این برنامه دائما شتاب سنج و تمامی حرکت ها را بررسی می کند.

در صورتی که لرزش مربوط به زلزله باشد، زمان و دامنه هر لرزش و موقعیت GPS گوشی ثبت و ارسال می شود.در آن سو برنامه ای مبتنی برکلاد به صورت بی وقفه تمامی داده های دریافتی را برسی می کند و اگر حداقل چهار گوشی تلفن همراه لرزشی را ثبت کنند، در صورت تایید حداقل یک ایستگاه لرزه نگاری زمینی، زلزله تایید می شود و در اولین فرصت در شعاع ۱۰ کیلومتری از کانون آن، به گوشی ها اطلاع رسانی می شود. این برنامه می تواند یک دقیقه قبل و چهار دقیقه بعد از وقوع زلزله، اطلاعات ژئوفیزیکی را به مرکز مخابره کند.

البته ارسال اطلاعات نیازمند وجود شبکه اینترنت است. از سوی دیگر برای داشتن ارزیابی های دقیق نیاز به حداقل ۳۰۰ گوشی هوشمند در هر ۱۱۰ کیلومترمربع است. هرچه تراکم این شبکه بیشتر باشد، ارزیابی ها دقیق تر می شود و مدت زمانی که برای ارزیابی اولیه تا اعلام هشدار نیاز است به کمتر از یک ثانیه می رسد.