Các Nhà Nghiên Cứu Muốn Biến Smartphone Thành Thiết Bị Dò Động Đất

Cảnh báo động đất kịp thời có thể sẽ cứu được nhiều người, nhưng vẫn còn nhiều quốc gia chưa có đủ khả năng để cải tiến phương pháp phát hiện sớm động đất. Các nhà khoa học đã tìm một giải pháp thay thế, tận dụng những chiếc smartphone vốn dĩ đang phổ biến trên toàn cầu. Một chiếc smartphone duy nhất sẽ không thể thế chỗ của một bộ cảm biến động đất, nhưng nếu có đủ số lượng điện thoại phối hợp thì phương pháp là hoàn toàn khả thi.

Một nghiên cứu được đăng trên trang Science Advances, cho biết một mạng lưới những chiếc điện thoại di động có thể thay thế cho máy ghi địa chấn, giúp cảnh báo sớm khi động đất sắp xảy ra. Nghiên cứu mới dựa trên dữ liệu các trận động đất trong quá khứ, đồng thời kết hợp với phần cứng hiện đại của smartphone (trong thí nghiệm là Nexus 5) nhằm tìm cách thành lập nên mạng lưới smartphone phát hiện động đất. Kết quả là, các cảm biến trên điện thoại mạnh mẽ hơn chúng ta vẫn nghĩ.

Hệ thống cảnh báo động đất được thiết kế để phát hiện ra các cơn địa chấn đầu tiên của một trận động đất, xác định tâm chấn và ước tính mức độ. Với các thông tin thu thập được, người dân sẽ có thêm thời gian để để chuẩn bị, sơ tán nhằm ứng phó với trận động đất sắp diễn ra. Hiện đã một số trung tâm dự báo địa chấn đang được lắp đặt tại California, Mexico và Nhật Bản, nhưng một số nước chưa phát triển thường vẫn chưa có điều kiện tiếp cận và duy trì hoạt động những hệ thống đắt tiền. Phương pháp dùng smartphone có thể không hoàn hảo như cảm biến khoa học chuyên dụng, nhưng có giá thành rẻ hơn rất nhiều. Hệ thống mới sẽ có ý nghĩa nhất định đối với một số quốc gia, hứa hẹn tạo ra sự khác biệt quan trọng trong quá trình dự báo động đất.

Một chiếc điện thoại hiện đại gần như có đủ mọi thứ để tạo nên hệ thống cảm biến động đất, cụ thể là một cảm biến GPS, gia tốc kế và nhiều kết nối dữ liệu. Ngoài ra, smartphone hiện đã phổ biến khắp nơi, bao gồm các nước nghèo, với đầy đủ kết nối mạng. Những chiếc điện thoại di động là vật dụng thường xuyên di chuyển nên riêng từng chiếc không thể dùng để đo địa chấn, nhưng khi số lượng lớn thiết bị được tận dụng. Có thể có đến hàng triệu chiếc điện thoại nằm gần trong phạm vi ảnh hưởng của động đất, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ có vài nghìn thiết bị trong số đó đang ở vị trí chính xác để dùng làm cảm biến địa chấn.

Sara Minson, nhà nghiên cứu tại Trung tâm khảo sát địa chấn Hoa Kỳ, cho biết: “Ngay cả với những cảm biến GPS có độ chính xác thấp, thì mạng lưới các smartphone vẫn có thể phát hiện ra sự thay đổi địa chất. Chúng ta thường nghĩ về cảm biến GPS như một công cụ định vị, nhưng nó có khả năng xác định sự thay đổi vị trí của điện thoại một cách rất chính xác”. Trong quá trình nghiên cứu tính khả thi của hệ thống dự đoán động đất bằng smartphone, các chuyên gia đã khảo sát 2 trận động đất: thực sự và giả thuyết.

Nhóm nghiên cứu đã phân tích dữ liệu cảnh báo sớm trong trận động đất tại Tohoku, Nhật Bản vào năm 2011, được thu thập bằng 462 cảm biến động đất GPS chuyên dụng đặt tại các khu vực lân cận. Các cảm biến có mức độ tinh vi hơn rất nhiều so với GPS trên điện thoại. Do đó, các nhà nghiên cứu đã dần dần loại bỏ dữ liệu thu thập được, cho tới khi đạt tới ngưỡng dữ liệu mà GPS và gia tốc kế trên smartphone vẫn có thể hiểu được. Kết quả, nhóm đã phát hiện ra rằng mạng lưới cảm biến trên smartphone có thể phát hiện ra trận động đất sau 77 giây kể từ khi cơn địa chấn đầu tiên xảy ra, nếu sử dụng đúng thuật toán.

Thử nghiệm được thực hiện với giả định rằng 462 cảm biến smartphone đó đều hoạt động tốt và nằm trên bề mặt phẳng, thuộc nơi vệ tinh có thể quan sát rõ ràng. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng một trận động đất 7 độ Richter tại Hayward Fault, gần San Francisco, tương tự trận động đất từng diễn ra vào năm 1989. Họ đã sử dụng bản đồ phân bố dân cư để ước tính số lượng smartphone nằm trong khu vực có thể tận dụng và xác định cần bao nhiêu dữ liệu để dự đoán động đất. Kết quả, có chưa tới 4,700 chiếc điện thoại (chỉ 0.2% số thiết bị nằm trong vùng Bay Area) có thể cùng nhau hoạt động và đưa ra cảnh báo chỉ sau 5 giây sau cơn địa chấn đầu tiên.

Tuy nhiên, ý tưởng vẫn còn khá nhiều vấn đề cần phải giải quyết. Câu hỏi đặt ra làm thế nào để khiến những chiếc điện thoại sẽ thực sự tham gia? Và nếu có thể phổ biến một ứng dụng đến tất cả mọi thiết bị, thì tỷ lệ những chiếc điện thoại chủ động báo cáo vào thời điểm cần thiết là bao nhiêu? Chức năng GPS trên phần lớn điện thoại đều hoạt động không liên tục, trong khi để được dùng làm cảm biến động đất, GPS phải hoạt động thường xuyên hơn và dĩ nhiên, cũng tiêu tốn pin nhiều hơn – một vấn đề chắc chắn sẽ gây khó chịu cho người dùng.

Một vấn đề lớn hơn xuất phát từ cách mà hệ điều hành quản lý dữ liệu thu được từ cảm biến. Khi một ứng dụng trên Android hoặc iOS yêu cầu vị trí của điện thoại thì dữ liệu được cung cấp cho nó đã trải qua chỉnh sửa, có nghĩa là hệ thống đã tự kết hợp dữ liệu GPS với những thông tin khác nhằm ước tính vị trí người dùng chính xác hơn. Còn cái mà các nhà nghiên cứu cần là dữ liệu thô do cảm biến GPS thu được. Như vậy, cách mà iOS và Android quản lý ứng dụng phần nào khiến việc dự báo trở nên khó khăn hơn.

Giải pháp được cho là đơn giản nhất là gắn thêm chip GPS khác lên điện thoại. Trong dự án thí điểm dự kiến thực hiện tại Chile, nhóm nghiên cứu sẽ áp dụng phương pháp gắn thêm chip để xây dựng một hệ thống cảnh báo động đất với những con chip GPS gắn ngoài. Có thể nói, đây thật sự là một cách tiếp cận đầy triển vọng, hứa hẹn sẽ được phổ cập đến nhiều quốc gia hơn, đặc biệt là các nước nghèo, nhằm cứu được nhiều người hơn khi sắp có thiên tai xảy ra.