Mediante un proyecto FONDEF profesores del Departamento de Electrónica de la USM buscan generar un modelo predictivo que conjuga inteligencia artificial con un sensor acústico distribuido en fibra óptica.
Un prototipo que busca detectar oportunamente los movimientos sísmicos de mediana a gran magnitud, a través de un sensor acústico distribuido en la fibra óptica (DAS) y herramientas de inteligencia artificial, es el objetivo del proyecto tecnológico (FONDEF 2021-2023) liderado por los académicos del Departamento de Electrónica de la Universidad Técnica Federico Santa María, Marcelo Soto y Ricardo Olivares; desarrollo que permitiría informar anticipadamente a la población sobre un eventual terremoto o evento sísmico potencialmente destructivo.
Este proyecto propone la implementación de sensores acústicos distribuidos (configuración conocida como DAS, por sus siglas en inglés) utilizando cables de fibra óptica ya instalados y disponibles en el país para telecomunicaciones, método que será probado en la infraestructura de la red de telecomunicaciones de la Red Universitaria Nacional (REUNA). Estas mediciones permitirán apoyar diversas etapas del proyecto, incluyendo la caracterización de la respuesta sísmica de un cable de fibra óptica de comunicaciones, ajuste de algoritmos de machine learning y validación final del prototipo a desarrollar.
El académico Marcelo Soto, director de este FONDEF, explica que tras años de especialización en sensores distribuidos en la fibra óptica y el reciente desarrollo de sensores DAS, “esta idea comenzó a concretizarse cuando llegué a Chile, considerando que las características sísmicas del país podrían ayudar a la experimentación y validación de la tecnología para esta aplicación. Si bien, junto a colegas en España hemos analizado las señales medidas por sensores DAS para sismos ocurridos en Europa, este tipo de investigación no la habíamos podido desarrollar en Chile sino hasta obtener los fondos de este proyecto”.
“La investigación nos permitirá evaluar la factibilidad de utilizar la infraestructura de fibra óptica instalada en Chile para realizar un monitoreo distribuido de actividad sísmica en el país. El sensor DAS permitirá la caracterización de la propagación de sismos, obteniendo información espacial de alta densidad con datos obtenidos con unos pocos metros de separación en vez de decenas de kilómetros como puede ser la distancia entre sismógrafos tradicionales. Esta alta cantidad de información nos permitirá utilizar algoritmos de inteligencia artificial para detectar de modo más preciso sismos de alta y mediana intensidad en etapas tempranas de generación”, agrega.
En tanto, Ricardo Olivares, académico del Departamento de Electrónica y director alterno de este proyecto, destaca que este FONDEF “sitúa la Universidad, junto a otros centros de investigación de prestigio internacional, en la vanguardia de la investigación aplicada de sensores distribuidos en redes de cable de fibra óptica, para la detección temprana de actividad sísmica. La Universidad se constituye así en un líder nacional y regional en emprender este tipo de proyectos que, aunque este primer abordaje es un prototipo a escala de laboratorio, los resultados esperados tendrán un impacto cuantitativo y cualitativo en el desarrollo de sistemas de detección sísmica de alerta temprana”.
Asimismo, el académico añade que “el producto final de este proyecto supera en resolución, cobertura y número de posiciones monitoreadas a un sismógrafo convencional. Además, el sensor será instalado en infraestructura de telecomunicaciones basada en redes de fibra óptica ya existente, de gran cobertura, lo que agrega factibilidad técnica y económica al proyecto, y dota de robustez al sensor distribuido. Estas características se traducen en un futuro sistema de gran escala de alerta temprana de terremotos, que mejoraría los tiempos de respuesta de los sismógrafos existentes, como también su cobertura y costos”.
Metodología
El desarrollo de un sistema de alerta temprana de terremotos considerado para este proyecto contempla cuatro fases de implementación, sin embargo, este proyecto en particular se focaliza solo en las primeras 2 fases. La primera de ellas se centra en el desarrollo de un sensor DAS, especialmente diseñado para operar sobre una infraestructura de comunicaciones ópticas. Según el proyecto, un único sensor DAS será́ capaz de monitorear simultáneamente miles de puntos (canales) de medición sísmica a lo largo de decenas de kilómetros y con una resolución espacial de pocos metros, en comparación a un sistema sismográfico tradicional.
En su segunda fase, y ya con el sensor operativo, el proyecto se enfocará en el desarrollo de inteligencia artificial, la que permitirá́ estimar parámetros sísmicos como su magnitud y tiempo de llegada. Con dicha información se discriminará cuándo un evento es de carácter critico para activar una alarma, la que podrá ser transmitida por canales de comunicación.
La tercera etapa considera el desarrollo de transmisión de la alarma generada a través de canales redundantes de comunicación. Si bien este ítem no es parte formal del FONDEF, el prototipo generado deberá proveer la información para activar una alerta y ser transmitida. La cuarta etapa corresponde a la capacidad de reacción en base a la alerta comunicada, la cual puede involucrar desde el comportamiento de la población, hasta aspectos tecnológicos que consideren el accionamiento automático de infraestructura critica.
Con esto, el prototipo generado puede contribuir a la mejora de los canales públicos en la detección temprana de un potencial terremoto. Del mismo modo, empresas privadas que posean o administren infraestructura crítica, también podrían ser eventuales usuarios de este desarrollo.
