De Universiteit van Bristol pioniert met het monitoren van vulkanische activiteit door een geavanceerd meetsysteem te ontwikkelen dat bestand is tegen de barre omstandigheden rond het hart van een actieve vulkaan.

Zo extreem, gevaarlijke en onvoorspelbare omgevingen vormen een zeer moeilijke uitdaging om vulkanisch gedrag betrouwbaar vast te leggen voor analytische modellen. Voor sommige vulkanen is het gewoon te gevaarlijk voor een menselijke benadering. Om dit probleem aan te pakken, hebben onderzoekers van de faculteiten Bètawetenschappen en Engineering zeer gespecialiseerde sensorpods ontwikkeld, genaamd "drakeneieren", die met behulp van een drone op gevaarlijke locaties kunnen worden gepositioneerd en waardevolle realtime gegevens van vulkanische activiteit leveren die kunnen worden gebruikt om vulkanische risicobeoordelingen te informeren.

De onderzoekers voorzien tal van toepassingen voor de technologie die ze ontwikkelen, inclusief monitoring op afstand van andere natuurlijke fenomenen zoals gletsjers en geologische fouten, en door de mens veroorzaakte gevaren, zoals opslagplaatsen voor kernafval.

De "drakeneieren" die momenteel worden ontwikkeld, zijn autonome en intelligente sensorpods die zijn ontworpen om vulkanische activiteit te volgen. Ze worden uitgerust met een reeks ultramoderne sensoren voor temperatuur, vochtigheid, trillingen, en talrijke giftige gassen. Een belangrijke uitdaging is om het ontwerp te optimaliseren om aan veel verschillende criteria te voldoen. Ze moeten, kunnen opereren in de extreme omstandigheden van een vulkaan, licht genoeg zijn om door een drone te worden gedragen, en uiterst efficiënt zijn in energieverbruik, aangezien onderhoud geen optie is op de top van een actieve vulkaan!

Deze sensorpods zijn het resultaat van een intensieve samenwerking tussen faculteiten en bevatten opmerkelijke nieuwe technologieën die zijn uitgevonden en ontwikkeld aan de Universiteit van Bristol. Tussen deze, de zelfactiverende gebeurtenisdetectoren, zogenaamde "sensorgestuurde" detectoren, zijn een essentieel onderdeel van dit nieuwe apparaat. Ze zorgen ervoor dat de eieren gedurende langere tijd inactief blijven, behoud van kracht, totdat vulkanische activiteit wordt gedetecteerd wanneer het drakenei "uitbroedt" in een volledig uitgerust bewakingsstation op afstand met een draadloze zender.

Ontworpen door de onderzoeksgroepen Electrical Energy Management en Digital Health, de gebeurtenismelders hebben het laagste stand-by stroomverbruik ter wereld. Ze kunnen worden geactiveerd door pulsen zo laag als 5 picojoule (dat is ongeveer 100, 000 keer minder dan de energie die vrijkomt als een fruitvlieg op je botst). Daarom, sensorgestuurde detectoren hebben geen batterijvoeding nodig om operationeel te blijven, en in plaats daarvan een fractie van de energie in de sensorsignalen gebruiken.

De eieren worden op de helling van de vulkaan geplaatst en zijn ontworpen om uit te komen wanneer de sensorgestuurde module trillingen detecteert die worden veroorzaakt door vulkanische trillingen. In de toekomst, de eieren zullen worden ontworpen om te reageren op een reeks verschillende vulkanische stimuli. Dankzij dit detectiecircuit de eieren kunnen vele maanden in dienst blijven zonder hun energiebronnen uit te putten.

Deze detectoren zijn in licentie gegeven aan en verder ontwikkeld door tech start-up Sensor Driven Ltd, en zijn al in het veld getest tijdens een inzet bij de Stromboli-vulkaan in Italië, markeert de eerste poging om een ​​dergelijke technologie te gebruiken voor het bewaken van een actieve vulkaan.

Met een krachtige draadloze zender, de drakeneieren kunnen gegevens doorgeven aan een basisstation met een satelliet-uplink op een veilige afstand van maximaal 10 km; ver weg van de gevaren van de vulkaan. De ultra-efficiënte sensorgestuurde technologie is de sleutel tot het maximaliseren van de levensduur van elk afzonderlijk ei. De eieren werken samen als een intelligent laagvermogensensornetwerk met een stertopologie, waardoor het netwerk kan blijven werken, zelfs nadat verschillende eieren zijn overspoeld door lava en vlammen.

Dr. Yannick Verbelen, Onderzoeksmedewerker in de School of Physics, zei:"Het is de eerste keer dat een autonoom systeem dat gebruikmaakt van luistertechnologie zonder stroomverbruik, is ingezet in dit soort vijandige omgevingen. We verleggen de grenzen van de sensorgestuurde low-power monitoring in deze toepassing, maar daar gaat het om bij onderzoek."

Door de extreme omstandigheden in de buurt van de vulkanische openingen, de "drakeneieren" zijn ontworpen om te worden ingezet door te vliegen met onbemande luchtvaartuigen (UAV's). Met behulp van een lichtgewicht maar snel drop-off mechanisme, een kleine drone met hoge wendbaarheid kan worden gebruikt voor de inzetmissies, het minimaliseren van de tijd die de UAV in de gevarenzone doorbrengt en het beperken van de blootstelling aan zeer corrosieve vulkanische gassen.

Dr. Kieran Wood, Senior Research Associate en UAV specialist in Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, legde uit:"Dit is een voorbeeldige toepassing voor het gebruik van UAV's (drones). Het naderen van vulkanen is gevaarlijk en logistiek uitdagend. UAV's kunnen sensoren efficiënt op lange afstand plaatsen om risico's te minimaliseren en de efficiëntie van gegevensverzameling te verbeteren".

Dit baanbrekende onderzoek wordt gefinancierd via twee gratis Britse onderzoeks- en innovatiebeurzen:ASPIRE, gericht op het ontwikkelen van sensoren met laag vermogen voor extreme omgevingen, en het National Center for Nuclear Robotics (NCNR) gericht op de ontwikkeling van geavanceerde robotica en kunstmatige-intelligentietechnologieën voor toepassingen in de nucleaire industrie. Onlangs, het project heeft ook steun gekregen van het Cabot Institute Innovation Fund.

Leiden bij Bristol voor beide beurzen, Professor Tom Scott, zei:"Door de multidisciplinaire expertise en technologieën van verschillende aanvullende subsidies te combineren, hebben we iets echt baanbrekends kunnen bereiken. Een dergelijke aanpak heeft ons in staat gesteld om resultaten te leveren op een veel kortere tijdlijn en een kleiner budget dan normaal mogelijk zou zijn ."