Le vibrazioni dalle auto e dai pedoni creano segnali unici nei cavi, segnali che gli scienziati hanno usato per mostrare come il Covid-19 abbia bloccato la vita di tutti i giorni.
Un bell’articolo sulla versione americana di Wired racconta di come durante il lockdown del campus di Penn State e della circostante città che ospita il college uno strumento fosse in funzione per ascoltare. Un team di ricercatori universitari aveva preso l’accesso a un cavo in fibra ottica sotterraneo per telecomunicazioni, che attraversa due miglia e mezzo attraverso il campus, trasformandolo in una sorta di dispositivo di sorveglianza scientifica.
Illuminare la fibra col laser
Illuminando un laser attraverso la fibra ottica, gli scienziati hanno potuto rilevare le vibrazioni dal suolo grazie al modo in cui il cavo si è leggermente deformato. Quando un’auto passa sopra il cavo sotterraneo o quando ci passava sopra passava una persona, il terreno trasmetteva la loro firma sismica unica. Quindi, senza sorvegliare visivamente la superficie, gli scienziati hanno potuto creare un ritratto dettagliato di come una comunità un tempo vivace si è fermata e lentamente è tornata in vita mentre il blocco si allentava.
Potrebbero dire, ad esempio, che il traffico pedonale nel campus è quasi scomparso ad aprile dopo l’inizio del blocco ed è rimasto tale fino a giugno. Ma dopo un iniziale calo, il traffico veicolare ha iniziato a crescere. “Puoi vedere che le persone che camminano sono ancora molto ridotte rispetto ai giorni normali, ma il traffico dei veicoli in realtà è tornato quasi alla normalità”, afferma Tieyuan Zhu, sismologo della Penn State, autore principale di un nuovo articolo che descrive il lavoro sulla rivista The Seismic Record. “Questo cavo in fibra ottica può effettivamente distinguere un segnale così sottile”.
Passi imani e mezzi pesanti producono vibrazioni diverse
Più specificamente, è la frequenza nel segnale. Il passo di un essere umano genera vibrazioni con frequenze comprese tra 1 e 5 hertz, mentre il traffico automobilistico è più simile a 40 o 50 hertz. Le vibrazioni delle macchine edili superano i 100 hertz.
I cavi in fibra ottica funzionano intrappolando perfettamente gli impulsi di luce e trasportandoli a grandi distanze come segnali. Ma quando un’auto o una persona ci passa sopra, le vibrazioni introducono un disturbo, o un’imperfezione: una piccola quantità di quella luce si disperde alla fonte. Poiché la velocità della luce è una quantità nota, i ricercatori della Penn State potrebbero far brillare un laser attraverso un singolo filo di fibra ottica e misurare le vibrazioni a diverse lunghezze del cavo calcolando il tempo impiegato dalla luce diffusa per viaggiare. La tecnica è nota in geoscienza come rilevamento acustico distribuito o DAS.
Fibra ottica vs sismografo tradizionale
Un sismografo tradizionale, che registra lo scuotimento con il movimento fisico delle sue parti interne, misura soltanto l’attività in una posizione ben precisa sulla Terra. Ma usando questa tecnica legata alla fibra ottica presente nel sottosuolo, gli scienziati hanno potuto campionare oltre 2.000 punti lungo 2,5 miglia di cavo che viaggiano sotto il campus, uno ogni 6 piedi e mezzo, dando loro una risoluzione superfine dell’attività in superficie, sulla terra. Lo hanno fatto tra marzo 2020, quando è iniziato il blocco, e giugno 2020, quando le attività dello State College avevano iniziato a riaprire.
Proprio da quei segnali vibrazionali, il DAS potrebbe dimostrare che sul lato occidentale del campus, dove era in fase di sviluppo un nuovo parcheggio, non c’era attività industriale ad aprile poiché l’attività edile si è fermata. A giugno, i ricercatori non soltanto hanno rilevato le vibrazioni dei macchinari riavviati, ma sono stati in grado di individuare i veicoli da costruzione, che ronzavano a una frequenza inferiore. Inoltre, hanno notato che a quel punto l’attività pedonale nel campus si era a malapena ripresa, anche se alcune restrizioni sulla pandemia si erano allentate.
Strumento per tracciare le persone…
Il DAS potrebbe essere un potente strumento per tracciare il movimento delle persone: invece di setacciare i dati sulla posizione dei telefoni cellulari, i ricercatori potrebbero invece attingere ai cavi in fibra ottica per tracciare il passaggio di pedoni e automobili. Ma la tecnologia non può identificare esattamente un’auto o una persona. “Puoi dire se è un’auto, o se è un camion, o se è una bicicletta. Ma non si può dire: “Oh, questa è una Nissan Sentra, 2019”, afferma Ariel Lellouch, geofisico della Stanford University, che utilizza il DAS ma non è stato coinvolto in questo studio, ma lo ha sottoposto a revisione paritaria. “L’anonimato di DAS è uno dei maggiori vantaggi, in realtà.”
…Ma soltanto lungo il cavo
Anche se volessi tracciare una persona mentre attraversa una città, questa dovrebbe camminare continuamente lungo il cavo che stai monitorando. Non appena virasse fuori rotta, perderesti il segnale sismico. “In parole povere, se hai una fibra e qualcuno cammina lungo quella fibra, diciamo che è nel deserto, e questa è l’unica persona che cammina, sì, puoi rintracciarla”, dice Lellouch. “Ma non puoi attribuirlo a una persona specifica.” Fondamentalmente, se vuoi tracciare un individuo a distanza, staresti molto meglio con un binocolo o i suoi dati cellulari.
A differenza dei sismometri tradizionali, questo cavo è economico e non richiede una fonte di alimentazione. Con DAS, hai solo bisogno di un dispositivo “interrogatore” che spara il laser e riceve i dati che arrivano attraverso le fibre.
Gli ingegneri civili stanno già utilizzando il DAS per studiare la deformazione del suolo e i biologi stanno persino utilizzando cavi in fibra ottica offshore per ascoltare le balene. (Il suono si propaga come una vibrazione, dopotutto.) “Sta davvero esplodendo in termini di applicazioni”, afferma Ajo-Franklin. “Le persone stanno incorporando fibre nei ghiacciai e le trascinano dietro le barche nella colonna d’acqua libera per effettuare misurazioni della temperatura. È davvero un insieme straordinario di tecnologie”.
