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Como a fibra óptica subterrânea espia os humanos que se movem em cima

As vibrações de carros e pedestres criam sinais únicos em cabos. Agora, os cientistas usaram o truque para mostrar como a Covid-19 interrompeu a vida.


Fonte: Wired Magazine

NA ÚLTIMA PRIMAVERA um bloqueio acalmou o campus da Penn State e a cidade vizinha de State College, um instrumento manipulado pelo júri estava "ouvindo". Uma equipe de pesquisadores da universidade conectou-se a um cabo subterrâneo de fibra óptica de telecomunicações, que percorre três quilômetros e meio do campus, e o transformou em uma espécie de dispositivo de vigilância científica.

Ao direcionar um laser através da fibra óptica, os cientistas puderam detectar vibrações acima do solo graças à forma como o cabo se deformava levemente. Conforme um carro rolava pelo cabo subterrâneo ou uma pessoa passava, o solo transmitia sua assinatura sísmica única. Portanto, sem vigiar visualmente a superfície, os cientistas puderam pintar um retrato detalhado de como uma comunidade outrora movimentada parou e lentamente voltou à vida conforme o bloqueio diminuía.

Eles podiam dizer, por exemplo, que o tráfego de pedestres no campus quase desapareceu em abril após o início do bloqueio e permaneceu até junho. Mas depois de declinar inicialmente, o tráfego de veículos começou a aumentar. “Você pode ver que as pessoas andando ainda são mínimas em comparação com os dias normais, mas o tráfego de veículos na verdade está quase normal”, diz o sismólogo Tieyuan Zhu, da Penn State, principal autor de um novo artigo que descreve o trabalho na revista The Seismic Record . “Este cabo de fibra óptica realmente pode distinguir um sinal tão sutil.”


Mais especificamente, é a frequência do sinal. Uma pegada humana gera vibrações com frequências entre 1 e 5 hertz, enquanto o tráfego de automóveis é mais próximo de 40 ou 50 hertz. As vibrações do maquinário de construção ultrapassam os 100 hertz.

Os cabos de fibra óptica funcionam capturando perfeitamente os pulsos de luz e os transportando a grandes distâncias como sinais. Mas quando um carro ou pessoa passa por cima, as vibrações introduzem uma perturbação ou imperfeição: uma pequena quantidade dessa luz se espalha de volta para a fonte . Como a velocidade da luz é uma quantidade conhecida, os pesquisadores da Penn State puderam projetar um laser através de um único fio de fibra óptica e medir as vibrações em diferentes comprimentos do cabo calculando o tempo que a luz espalhada levou para viajar. A técnica é conhecida em geociências como sensoriamento acústico distribuído, ou DAS.


Um sismógrafo tradicional, que registra tremores com o movimento físico de suas partes internas, mede apenas a atividade em um local na Terra. Mas, usando esta técnica, os cientistas puderam amostrar mais de 2.000 pontos ao longo de 2,5 milhas de cabo - um a cada 6 pés e meio - dando-lhes uma resolução superfina de atividade acima do solo. Eles fizeram isso entre março de 2020, quando o bloqueio foi estabelecido, e junho de 2020, quando as empresas no State College começaram a reabrir.


Apenas a partir desses sinais vibracionais, o DAS pôde mostrar que no lado oeste do campus, onde um novo estacionamento estava em desenvolvimento, não havia atividade industrial em abril, pois a construção foi interrompida. Em junho, os pesquisadores não apenas detectaram as vibrações do maquinário reiniciado, mas também puderam identificar os veículos de construção, que zumbiam em uma frequência mais baixa. Ainda assim, eles observaram, a essa altura, a atividade de pedestres no campus mal havia se recuperado, embora algumas restrições à pandemia tivessem diminuído.


O DAS pode ser uma ferramenta poderosa para rastrear o movimento das pessoas: em vez de vasculhar os dados de localização do telefone celular, os pesquisadores poderiam usar cabos de fibra ótica para rastrear a passagem de pedestres e carros. Mas a tecnologia não consegue identificar exatamente um carro ou pessoa. “Você pode dizer se é um carro, ou se é um caminhão, ou se é uma bicicleta. Mas você não pode dizer, 'Oh, este é um Nissan Sentra, 2019' ”, diz o geofísico da Universidade de Stanford Ariel Lellouch, que usa o DAS, mas não estava envolvido neste estudo, mas o revisou por pares. “O anonimato do DAS é um dos maiores benefícios, na verdade.”


Mesmo se você quisesse rastrear uma pessoa enquanto ela viajava por uma cidade, ela teria que caminhar continuamente ao longo do cabo que você está monitorando. Assim que eles desviarem do curso, você perderá o sinal sísmico. “Grosso modo, se você tem uma fibra e alguém está andando por ela - digamos que seja no deserto - e essa é a única pessoa que está andando, sim, você pode rastrear”, diz Lellouch. “Mas você não pode atribuí-lo a uma pessoa específica.” Basicamente, se você deseja rastrear um indivíduo à distância, seria muito melhor com binóculos ou seus dados de celular.

Ultimamente, o uso de DAS está crescendo rapidamente nas ciências, graças à "fibra escura". Com o crescimento da Internet na década de 1990, as empresas de telecomunicações começaram a instalar uma grande quantidade de cabos de fibra ótica. O cabo em si é relativamente barato em comparação com o trabalho necessário para cavar os buracos para colocá-lo, portanto, em antecipação ao boom da teia, as empresas plantaram mais do que precisavam. Hoje, grande parte dessa fibra ainda não é usada, ou “escura”, disponível para cientistas alugarem para experimentos.

Porém, sua disponibilidade depende da localização. “Então, talvez no centro de Nova York, entre a bolsa de valores e Nova Jersey, haja muita contenção por essa fibra”, diz o geofísico da Rice University Jonathan Ajo-Franklin, que não estava envolvido neste novo artigo, mas é editor associado do jornal publicando-o. Mas, ele acrescenta, “atravessando a zona rural de Nevada em uma rota de longo curso, talvez haja mais que você possa usar”.


Ao contrário dos sismômetros tradicionais, este cabo é barato e não requer uma fonte de energia. Com o DAS, você só precisa de um dispositivo “interrogador” que dispara o laser e recebe os dados que chegam pelas fibras. “Portanto, é realmente uma grande oportunidade se você deseja adquirir esses dados espaçados para fazer medições de terremotos ou ondas de superfície ou mobilidade urbana”, diz Ajo-Franklin. Por exemplo, Ajo-Franklin certa vez usou um trecho de 17 milhas de fibra escura perto de Sacramento para registrar 7 meses de terremotos, grandes e pequenos.

Os engenheiros civis já estão usando o DAS para estudar a deformação do solo e os biólogos estão até usando cabos de fibra ótica offshore para ouvir as baleias. (O som se propaga como uma vibração, afinal.) “Está realmente explodindo em termos de aplicações”, diz Ajo-Franklin. “As pessoas estão incorporando fibras nas geleiras e arrastando-as atrás de barcos na coluna de água livre para fazer medições de temperatura. É realmente um conjunto incrível de tecnologias. ”

Portanto, da próxima vez que você sair para dar um passeio, pare para apreciar a ciência que pode estar zumbindo sob seus pés. Ou, se você estiver se sentindo mal-humorado, pule para cima e para baixo com muita força.





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