Autonomni dronovi opremljeni laserima mogli bi upozoravati na erupcije vulkana

Praćenje omjera ugljen-dioksida i sumpor-dioksida pruža direktan uvid u podzemne procese koji se odvijaju unutar vulkana. Kako bi izmjerio vulkanske gasove, automatizovana kopnena platforma prati dron udaljen do 60 metara, ispaljujući laserski snop kroz opasnu izmaglicu sumpora i pare. Testiranje je provedeno na Eolskom ostrvu Vulcano, nedaleko od obale Sicilije.

Vulkani oslobađaju ogromne količine ugljen-dioksida i sumpor-dioksida kada magma koja se podiže prema površini doživi pad pritiska. Omjer između ova dva gasa mijenja se predvidljivo u zavisnosti od dubine i djeluje kao prirodni odbrojivač vremena do erupcije. Erupcija je vjerovatna kada nivo CO₂ naglo poraste, a zatim se strmoglavo smanji.

Međutim, precizno mjerenje vulkanskih gasova nije bilo jednostavno. Testiranja na površini često su iskrivljena emisijama iz okolnog tla i vegetacije, dok direktno slanje osjetljivih senzora u korozivne oblake vulkanskih gasova brzo uništava opremu. Osim toga, korištenje standardnih dronova stvara strujanje zraka od propelera koje razbacuje i razrjeđuje oblake gasova potrebne za mjerenje.

TUM je prevazišao ove probleme koristeći svjetlost. Marius Schaab i tim iz TUM-ovog MIRMI Robotics Instituta razvili su dvodijelni daljinski sistem. Kopnena stanica ispaljuje laser kroz oblak gasa, usmjeravajući ga direktno prema reflektoru postavljenom na dron koji sigurno leti s druge strane. Budući da CO₂ apsorbuje određene talasne dužine svjetlosti, laserski snop gubi mali dio svoje jačine dok prolazi kroz paru.

Dron se kreće po unaprijed programiranoj mreži tokom 15 minuta i prikuplja do 3.000 mjerenja. Nakon povratka podataka na tlo, pametni algoritam uzima u obzir lokalne podatke o vjetru i pretvara oslabljene laserske signale u veoma preciznu trodimenzionalnu tomografsku mapu oblaka gasa.

Ostrvo Vulcano zapravo nije imalo veliku erupciju još od kraja 19. stoljeća (1888. - 1890.), međutim, ono je idealno mjesto za testiranje jer se i dalje nalazi u aktivnoj i intenzivnoj fazi "degaziranja".

Sveukupno, sistem pruža jasnu sliku vulkanske aktivnosti uz marginu greške od 5 posto.

"Naš cilj je automatizovati procese mjerenja i mapiranja te omogućiti umjetnoj inteligenciji da interpretira podatke", rekao je profesor Achim Lilienthal, zamjenik direktora TUM MIRMI Robotics Instituta i rukovodilac odjela za percepciju inteligentnih sistema na TUM-ovoj Školi za računarstvo, informacione tehnologije i tehnologiju.

Sigurnije predviđanje vulkanskih erupcija sada je moguće zahvaljujući ovom novom dizajnu sistema koji ljude drži podalje od opasnosti, a elektroniku dalje od korozivnih oblaka gasova.

Svaki vulkan ima svoj jedinstveni potpis. Od nestabilnih vrhova Etne do nemirnih Flegrejskih polja u blizini Napulja, razumijevanje ovih specifičnih gasnih obrazaca važno je za procjenu opasnosti od vulkana.

Drugi istraživači problem rješavaju direktno unutar oblaka. Na Univerzitetu Johannes Gutenberg u Mainzu, tim profesora Thorstena Hoffmanna šalje dronove direktno u guste vulkanske oblake. Oni koriste specijalizovani hardver ugrađen na dronove i fotometrijske ćelije za praćenje apsorpcije svjetlosti i elektrohemijskih reakcija na površinama elektroda, bilježeći kontinuirane hemijske profile duž putanje leta.