Un team di ricercatori di tutta l'UC San Diego sta sviluppando un nuovo approccio per rilevare i danni agli edifici durante terremoti e altri eventi estremi.

Di recente si sono riuniti alla Geisel Library per utilizzare laser e droni per creare una registrazione digitale della struttura che servirà come valutazione della salute di base. In caso di forte terremoto nelle vicinanze, il team si riunirà per riprendere le misurazioni digitali e valutare eventuali danni all'edificio come ribaltamenti o crepe. (Guarda la galleria fotografica.)

Le informazioni hanno lo scopo di fornire sia ai ricercatori che ai soccorritori informazioni più dettagliate su come le strutture rispondono durante i terremoti, oltre alla semplice ispezione visiva degli edifici attualmente in uso, prima di consentirne la riapertura.

Secondo i ricercatori della Scripps Institution of Oceanography e della Jacobs School of Engineering dell'UC San Diego che stanno guidando il progetto, l'iconica biblioteca è il luogo perfetto per iniziare quello che sperano diventerà uno sforzo per digitalizzare l'intero campus.

"Stiamo usando questo edificio culturalmente significativo nel campus come modello di riferimento per aiutare a rilevare i cambiamenti strutturali nel tempo, " disse Falko Kuester, un professore di ingegneria strutturale che è direttore della Jacob's School Cultural Heritage Engineering Initiative (CHEI) e DroneLab.

Per Yehuda Bock, un distinto ricercatore e direttore dell'Orbit and Permanent Array Center presso Scripps Oceanography, la motivazione principale per la recente indagine della Geisel Library è stata quella di integrare il monitoraggio strutturale nel suo sistema prototipo di preallarme per terremoti e tsunami.

"Il nostro sistema tiene traccia dei movimenti del suolo con un livello di precisione millimetrico, " ha detto Bock. "Questo ci consente di rilevare grandi terremoti entro il primo minuto critico prima che inizi lo scuotimento".

Sei mesi fa, Bock ha dotato la Geisel Library di sensori che misurano continuamente il movimento del suolo dalle numerose faglie che attraversano la California meridionale. La tecnica che ha aiutato pioniere, chiamata sismogeodesia, si basa su una combinazione di ricevitori GPS e acceleratori per individuare molto rapidamente la posizione e la magnitudo di forti terremoti, magnitudo 6.0 o superiore, prima che inizi il tremito pericoloso.

Il progetto di fine luglio ha coinvolto quasi due ore di voli con droni guidati dal ricercatore CHEI Eric Lo, catturando più di 1, 000 immagini ad alta risoluzione della Biblioteca Geisel che saranno trasformate in un modello fotorealistico della struttura. L'indagine con i droni di Lo è stata accompagnata da un'indagine a terra di diverse ore da parte dell'agrimensore professionista Richard Maher utilizzando il lidar (rilevamento e distanza della luce), uno strumento che invia luci laser pulsanti su un oggetto per fornire un modello 3D preciso. Combinando queste tecniche, il team creerà un modello finale geometricamente così come visivamente dettagliato e accurato.

I sensori GPS di Bock forniscono un preciso riferimento 3D per legare insieme il drone ad alta risoluzione e le immagini lidar, consentendo il rilevamento accurato di sottili spostamenti permanenti dell'involucro esterno della struttura come misura della sua integrità dopo un evento.

Kuester attualmente guida i team di ricerca che sviluppano la tecnologia dei droni per la gestione e la risposta alle crisi, oltre ad applicare il lavoro per studiare e aiutare a preservare le antiche strutture Maya in Messico, Grotte di Neanderthal in Italia, e naufragi e barriere coralline alle Bermuda. Per lui, questo progetto è un primo passo per creare un surrogato digitale o come lo chiama lui, un "cyber-gemello" del campus, prima che nuovi edifici e ponti trasformino in futuro l'aspetto fisico del campus.

Sebbene Kuester guardi spesso antichi edifici e rovine, sottolinea che "è importante documentare anche gli edifici moderni prima che le insidie ​​del tempo o eventi estremi ne facciano deteriorare o creino un esito ancora meno fortunato".

La registrazione digitale sulle condizioni degli edifici così come esistono oggi fornisce una linea di base per il confronto in futuro con l'invecchiamento di un edificio, o in caso di incendio, terremoto o altro pericolo naturale, dati fruibili, secondo i ricercatori, per rispondere rapidamente e mitigare i rischi.

Entro pochi minuti dal completamento dei voli del drone, Lo ha avuto una rapida visione rotante a 360 gradi dell'edificio di forma geometrica dalle immagini raccolte durante i voli per la visualizzazione in 3-D.

Un'altra importante motivazione per Bock e Kuester è quella di coinvolgere gli studenti in progetti di ricerca reali, sia in sede che come strumenti didattici in aula.

"Come educatore, è importante che esponga i miei studenti alle condizioni del mondo reale, " ha detto Falko. "Il contributo alla scienza deve essere utile e fruibile".

Kuester e Lo trasformeranno anche le immagini dei droni in un'esperienza di realtà virtuale per coloro che sono interessati a volare all'esterno della biblioteca.

Bock e Kuester sperano che il progetto attiri più interesse e finanziamenti per monitorare sismicamente e archiviare in digitale tutti gli edifici del campus della UC San Diego.

Nel frattempo, al laboratorio di Bock alla Scripps Oceanography, i dati di monitoraggio sismico vengono continuamente ritrasmessi in tempo reale. Quando il prossimo potente terremoto colpirà, il sistema lo avviserà prima del segnale primario, chiamata onda P, che indica che è avvenuto un terremoto, e che la distruttiva onda S, il responsabile del forte scuotimento della terra, dista da secondi a minuti. I sensori GPS e sismici sulla Biblioteca Geisel indicheranno rapidamente se ha subito scosse e spostamenti significativi.

Per Bock e Kuester, il modo in cui questi edifici e altri rispondono alle influenze esterne è una componente importante per come prepararci al meglio come società per eventi estremi in futuro.