Học Hỏi Mãi Mãi: CÁC NHÀ KHOA HỌC MUỐN BIẾN SMARTPHONE THÀNH CẢM BIẾN DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT

Chủ Nhật, 12 tháng 4, 2015

CÁC NHÀ KHOA HỌC MUỐN BIẾN SMARTPHONE THÀNH CẢM BIẾN DỰ BÁO ĐỘNG ĐẤT

Một nghiên cứu vừa đăng tải trên Science Advances cho biết có thể tận dụng mạng lưới các điện thoại di động để thay thế cho máy ghi địa chấn, giúp cảnh báo sớm khi động đất sắp xảy ra. Nghiên cứu dựa trên dữ liệu các trận động đất trong quá khứ kết hợp với phần cứng của chiếc Nexus 5 nhằm tìm cách thành lập nên mạng lưới smartphone phát hiện động đất. Và kết quả thật ngạc nhiên, các cảm biến trên điện thoại có thể đảm đương được điều đó.

Cảnh báo động đất được phát đi kịp thời có thể cứu được vô số sinh mạng con người, nhưng trước giờ chưa có nhiều nỗ lực nhằm cải tiến phương pháp phát hiện sớm động đất. Trước thực trạng đó, các nhà khoa học đã tìm một giái pháp thay thế, tận dụng những chiếc smartphone vốn dĩ đang phổ biến trên khắp thế giới. Có thể một chiếc smartphone không thể thực hiện nổi, nhưng nếu có đủ số lượng điện thoại phối hợp với nhau thì điều này hoàn toàn khả thi.

Nếu dùng đúng thuật toán, kết hợp vài nghìn trong số hàng triệu chiếc smartphone thì có thể tạo nên một hệ thống cảnh báo sớm động đất

Hệ thống cảnh báo động đất được thiết kế để phát hiện các cơn địa chấn đầu tiên của trận động đất, xác định đâu là tâm chấn và ước tính nó sẽ mạnh đến mức nào? Với các thông tin này, người dân sẽ có thêm thời gian để để chuẩn bị, sơ tán nhằm ứng phó với trận động đất sắp diễn ra. Hiện tại, một số trung tâm dự báo địa chấn đang được lắp đặt tại California, Mexico và Nhật Bản. Tuy nhiên, một số nước nghèo vẫn chưa có điều kiện tiếp cận và duy trì hoạt động những hệ thống đắt tiền này. Các nhà khoa học cho biết rằng phương pháp dùng smartphone có thể không hoàn hảo như cảm biến khoa học chuyên dụng, nhưng nó có giá thành rẻ hơn rất nhiều. Dưới đây là ý tưởng và quá trình thí nghiệm của các nhà khoa học.

Một chiếc điện thoại ngày nay gần như có đủ mọi thành phần để tạo nên hệ thống cảm biến động đất: đặc biệt là cảm biến GPS, gia tốc kế và nhiều cách kết nối dữ liệu. Mặt khác, smartphone giờ đây đã phổ biến khắp nơi, bao gồm các nước nghèo với đầy đủ kết nối mạng. Các nhà nghiên cứu thừa nhận điện thoại di động là vật dụng thường xuyên di chuyển nên từng chiếc không thể dùng để đo địa chấn, nhưng ở đây chúng ta sẽ tận dụng số lượng thiết bị. Ý tưởng ở đây là trong số hàng triệu chiếc điện thoại nằm gần trong phạm vi ảnh hưởng của động đất, chắc hẳn phải có vài nghìn chiếc đang ở vị trí chính xác để dùng làm cảm biến địa chấn.

Sara Minson, nhà nghiên cứu tại Trung tâm khảo sát địa chấn Hoa Kỳ cho biết: "Ngay cả với những cảm biến GPS độ chính xác thấp, thì mạng lưới các smartphone vẫn có thể phát hiện ra sự thay đổi địa chất. Người ta thường nghĩ rằng cảm biến GPS như một công cụ định vị, nhưng nó có khả năng xác định sự thay đổi vị trí của điện thoại một cách rất chính xác." Trong quá trình nghiên cứu tính khả thi của hệ thống dự đoán bằng smartphone, các chuyên gia đã khảo sát 2 trận động đất: thực sự và giả thuyết.

Họ tiến hành phân tích dữ liệu cảnh báo sớm trong trận động đất tại Tohoku, Nhật Bản hồi năm 2011 vốn được thu thập bằng 462 cảm biến động đất GPS chuyên dụng đặt tại khu vực lân cận. Dĩ nhiên, các cảm biến này có mức độ tinh vi hơn rất nhiều so với GPS trên điện thoại. Do đó, các nhà nghiên cứu đã dần dần loại bỏ dữ liệu thu thập được, cho tới khi đạt tới ngưỡng dữ liệu mà GPS và gia tốc kế trên smartphone vẫn có thể hiểu được. Cuối cùng, họ phát hiện ra rằng nếu sử dụng đúng thuật toán, mạng lưới cảm biến trên smartphone có thể phát hiện ra trận động đất sau 77 giây kể từ khi cơn địa chấn đầu tiên xảy ra.

Thử nghiêm trên được thực hiện với giả định rằng 462 cảm biến smartphone đó đều hoạt động tốt và nằm trên bề mặt phẳng, thuộc nơi vệ tinh có thể quan sát rõ ràng. Trong một thử nghiệm khác, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng một trận động đất 7 độ Richter tại Hayward Fault, gần San Francisco (mô phỏng lại trận động đất từng diễn ra vào năm 1989). Tiếp theo, họ kết hợp với bản đồ phân bố dân cư nhằm ước tính số lượng smartphone nằm trong khu vực có thể tận dụng và xác định cần bao nhiêu dữ liệu để dự đoán động đất. Kết quả cho thấy, chưa tới 4.700 chiếc điện thoại có thể cùng nhau hoạt động và đưa ra cảnh báo chỉ sau 5 giây sau cơn địa chấn đầu tiên xảy ra.

Dù vậy, ý tưởng trên vẫn còn khá nhiều vấn đề cần phải giải quyết. Câu hỏi đặt ra làm thế nào để khiến những chiếc điện thoại có thể tham gia? Và giả như họ có thể phổ biến một ứng dụng đến tất cả mọi thiết bị, thì tỷ lệ những chiếc điện thoại sẵn sàng hành động vào thời điểm cần thiết là bao nhiêu? Chức năng GPS trên phần lớn điện thoại đều hoạt động không liên tục, thường chỉ kích hoạt khi trời quang nhằm tiết kiệm pin. Tuy nhiên để được dùng làm cảm biến động đất, GPS phải hoạt động thường xuyên hơn và dĩ nhiên, cũng tiêu tốn pin nhiều hơn.

Một trở ngại khác là cách mà hệ điều hành quản lý dữ liệu thu được từ cảm biến. Khi một ứng dụng trên Android hoặc iOS yêu cầu vị trí của điện thoại thì dữ liệu được cung cấp cho nó đã trải qua chỉnh sửa, tức là hệ thống đã tự kết hợp dữ liệu GPS với những thông tin khác nhằm ước tính vị trí người dùng chính xác hơn. Tuy nhiên, cái mà các nhà nghiên cứu cần là dữ liệu thô do cảm biến GPS thu được nhưng do cách iOS và Android quản lý ứng dụng thì điều này trở nên khó khăn hơn.

Giải pháp được cho là đơn giản nhất chính là gắn thêm chip GPS khác lên điện thoại. Trong dự án thí điểm dự kiến thực hiện tại Chile, các nhà nghiên cứ sẽ áp dụng phương pháp này nhằm xây dựng nên một hệ thống cảnh báo động đất với những con chip GPS gắn ngoài. Dù sao đi nữa, đây thật sự là một cách tiếp cận đầy triển vọng, hứa hẹn sẽ phổ cập các hệ thống cảnh báo động đất đến nhiều quốc gia hơn, đặc biệt là các nước nghèo nhằm mục đích cuối cùng là cứu được nhiều sinh mạng con người khi sắp có thiên tai xảy ra.

Tham khảo Theverge, Science Advances