نظارت بر یکپارچگی ساختاری پل‌هایی که بسیار استفاده می‌شوند و قدیمی هستند، کار پیچیده‌ای است که اغلب مجموعه‌ای از حسگر‌های پرهزینه را می‌طلبد، اما پژوهش‌های جدید نشان داده‌اند که چگونه گوشی‌های هوشمند روزی می‌توانند این کار سنگین را انجام دهند.

دانشمندان نشان داده‌اند که چگونه می‌توان از یک اپلیکیشن برای تشخیص ارتعاشات ظریفی که احتمال فروریختن پل را نشان می‌دهند، استفاده کرد که امید‌ها را برای ارائه راه‌حلی کم‌هزینه و جمعی برای حفظ چنین زیرساخت‌های مهمی زنده کرده است.

مهندسان به منظور ردیابی سلامت یک پل، ارتعاشات طبیعی به نام فرکانس‌های مُدال یا کیفی را نظارت می‌کنند که می‌تواند در طول زمان تغییر کند و تغییرات در یکپارچگی سازه را آشکار کند. این فرکانس‌ها را می‌توان از طریق حسگر‌هایی مانند شتاب‌سنج‌هایی که روی پل قرار می‌گیرند به دست آورد. سیستم‌های حسگر بی‌سیم می‌توانند راه ارزان‌تری را ارائه دهند و همچنین پهپاد‌های خودران می‌توانند این نوع عملیات را ساده‌تر کنند.

نویسندگان این پژوهش جدید اکنون در عوض به دنبال استفاده از سیستم‌های حسگر موجود در گوشی‌های هوشمند مردم هستند. این گروه پژوهشی یک برنامه مبتنی بر اندروید را به شکل خاص برای جمع‌آوری داده‌های شتاب‌سنج گوشی‌های هوشمند بر روی فرکانس‌های مُدال از وسایل نقلیه‌ای که از روی پل‌ها عبور می‌کنند، ساخته است. ایده این بود که آن‌ها را به کار ببندند و ببینند که چقدر این داده‌ها با داده‌های جمع‌آوری شده توسط حسگر‌های سنتی نظارت بر پل مطابقت دارند.

این موضوع در پل "گلدن گیت" آزمایش شد و پژوهشگران ۱۰۲ بار همزمان با اجرای این برنامه از روی پل رانندگی کردند و همچنین از رانندگان اوبر خواستند که در ۷۲ سفر خود همین کار را انجام دهند. سپس داده‌ها با داده‌های فرکانس مُدال مجموعه‌ای از ۲۴۰ حسگر سنتی که به مدت سه ماه به پل گلدن گیت متصل شده بودند، مقایسه شد.

در نهایت این گروه دریافت که داده‌های تلفن‌های هوشمند دقیقاً منعکس‌کننده داده‌های جمع‌آوری شده توسط حسگر‌های سنتی است و یک تطابق نزدیک برای ۱۰ نوع ارتعاشات فرکانس پایین که مهندسان در این موارد به آن‌ها نگاه می‌کنند، ارائه می‌دهد و حتی در پنج مورد اصلاً تفاوتی وجود نداشت.

پائولو سانتی (Paolo Santi) نویسنده ارشد این پژوهش از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) گفت: ما توانستیم نشان دهیم که بسیاری از این فرکانس‌ها با فرکانس‌های مُدال پل کاملا مطابقت دارند.

پل گلدن گیت یک پل معلق و از نوعی است که تنها یک درصد از کل پل‌های موجود در ایالات متحده را تشکیل می‌دهد. برای گسترش این یافته‌ها و کشف این که چگونه این فناوری می‌تواند برای پل‌های بتنی کوچک‌تر که حدود ۴۱ درصد از پل‌های ایالات متحده را تشکیل می‌دهند، اعمال شود، مهندسان به پلی از این نوع در کیامپینو در ایتالیا روی آوردند.

این بخش از مطالعه شامل ۲۸۰ سفر با وسیله نقلیه بر روی پل با استفاده از اپلیکیشن گوشی هوشمند بود که در مقایسه با داده‌های مجموعه‌ای متشکل از شش حسگر که به مدت هفت ماه به پل متصل شده بود، مقایسه شد.

اگرچه پژوهشگران در داده‌های فرکانس‌های مُدال خاص تا ۲.۳ درصد واگرایی پیدا کردند، اما آن‌ها مشتاق پتانسیل استفاده از این راهکار هستند، زیرا شاهد بهبود ۵.۵ درصدی در واگرایی مشاهده شده در داده‌های کوچک‌تر بودند. این نشان می‌دهد که گسترش بیشتر داده‌ها از طریق سفر‌های بیشتر از روی پل می‌تواند دقت این تکنیک را بیشتر کند.

کارلو راتی (Carlo Ratti) یکی از نویسندگان این مقاله می‌گوید: ما هنوز کار داریم، اما معتقدیم که رویکرد ما می‌تواند به راحتی تا سطح کل کشور توسعه یابد. ممکن است این روش به اندازه استفاده از حسگر‌های ثابت نصب شده بر روی پل به آن دقت نرسد، اما می‌تواند به یک سیستم هشدار اولیه بسیار جالب تبدیل شود. سپس ناهنجاری‌های کوچک می‌توانند زمان انجام تحلیل‌های بیشتر را نشان دهند.

این گروه پژوهشی همچنین بررسی کرد که چگونه گنجاندن این نوع داده‌های تلفن هوشمند در برنامه‌های تعمیر و نگهداری پل‌ها می‌تواند بر طول عمر آن‌ها تأثیر بگذارد و محاسبه کرد که نظارت بر دستگاه‌های تلفن همراه می‌تواند بین ۱۵ تا ۳۰ درصد عمر بیشتر به پل‌ها اضافه کند.

پژوهشگران می‌گویند: این نتایج نشان می‌دهد که مجموعه داده‌های عظیم و ارزان جمع‌آوری شده توسط تلفن‌های هوشمند می‌توانند نقش مهمی در نظارت بر سلامت زیرساخت‌های حمل و نقل موجود داشته باشند.

این پژوهش در مجله Communications Engineering منتشر شده است.