هنگامی که پل فرانسیس اسکات کی در بالتیمور، مریلند، در ۲۶ مارس ۲۰۲۴ فرو ریخت، مهندسان و مدیران شهری در سراسر ایالات متحده و جهان به سرعت برای ارزیابی ایمنی زیرساختها در جوامع خود اقدام کردند. محققان دانشگاه ایالتی میشیگان (MSU) سیستمی به نام «نصب کن و فراموش کن» (deploy-and-forget) توسعه دادهاند که حسگرها را با هوش مصنوعی (AI) ترکیب میکند تا سلامت زیرساختهایی مانند پلها، جادهها و سدها را، پیش و پس از رویدادهایی که میتوانند به آنها آسیب برسانند، ارزیابی کند.
نزار لجنف، استاد و معاون پژوهشی دانشکده مهندسی گفت: «ما بیش از ۶۲۰٬۰۰۰ پل در ایالات متحده داریم و باید راهی برای نگهداری از زیرساختهای فرسوده خود بیابیم، زیرا بودجه لازم برای بازسازی همه آنها را نداریم. به همین دلیل است که ارزیابی برای اولویتبندی پلهایی که ابتدا نیاز به نگهداری دارند، بسیار مهم است.»
همانطور که یک ساعت هوشمند ضربان قلب شما را ردیابی میکند و قبل از اینکه احساس بیماری کنید، شما را در مورد مشکلات احتمالی سلامتی آگاه میکند، همین فناوری میتواند برای پلها و ساختمانها نیز اعمال شود. لجنف و ویشنو بودتی، دانشیار دانشکده مهندسی و بخش حملونقل MSU، در این پروژه همکاری کردند.
این فناوری که MIDAS (مخفف ارزیابی آسیب سازه با آگاهی از مکانیک - Mechanics-Informed Damage Assessment of Structure) نام دارد، یک سیستم هوشمند است که با استفاده از حسگرهای ارزانقیمت و هوش مصنوعی، سازهها را بهطور پیوسته پایش میکند. این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.
MIDAS میآموزد که یک سازه سالم چگونه رفتار میکند تا بتواند آسیبهای پنهان را زودتر، پیش از آنکه خطرناک شوند، شناسایی و مکانیابی کند. این هوش مصنوعی کاری بیش از تحلیل دادهها انجام میدهد؛ با دانش مکانیک آموزش دیده است و این امر آن را در تشخیص مشکلاتی که سایر سیستمها ممکن است نادیده بگیرند، بسیار بهتر میکند.
MIDAS با ایجاد یک مدل پایه سفارشی برای هر سازه، آسیب را در زمان واقعی تشخیص میدهد. این مدل میتواند بهطور خودکار مکان و شدت آسیب را شناسایی کند. در حالت ایدهآل، MIDAS روی یک پل نصب میشود و یک اندازهگیری پایه سفارشی ثبت میگردد. سپس، پل بهطور مداوم پایش میشود.
پس از یک زلزله، آتشسوزی، برخورد یا هر رویداد بزرگ دیگر، MIDAS پل را دوباره بررسی میکند و در زمان واقعی به مهندسان در مورد هرگونه آسیب یا ضعف در سازه هشدار میدهد تا تعمیرات پیش از وقوع فروریختگی انجام شود.
لجنف گفت: «این مانند سلامت دقیق (precision health) برای زیرساختها است. ما در حال گرفتن یک الکتروکاردیوگرام (نوار قلب) از پل هستیم تا به دنبال ناهنجاریهایی بگردیم و بشنویم که به ما میگویند مشکلی وجود دارد.»
در مورد پل فرانسیس اسکات کی، MIDAS میتوانست ضعفها و نواقص را پیش از حادثه شناسایی کند و امکان تقویت پل و کاهش آسیبپذیری آن در برابر شناور باری منحرف شدهای که به آن برخورد کرد را فراهم آورد. مثال دیگر، آتشسوزیهای اخیر لس آنجلس است. MIDAS میتوانست در زمان واقعی، تأثیر آن بر پلها، ساختمانها و جادههای آسیبدیده را ارزیابی کرده و دادههایی را برای کمک به تخلیه ایمن انبوه مردم ارائه دهد.
این تحقیق همچنین نسل بعدی کارشناسان زیرساخت را آموزش میدهد. دانشجویان دکترا، شویان لی و مهدی مسمودی، در توسعه و آزمایش فناوری MIDAS به عنوان بخشی از تحقیقات پیشرفته خود در MSU مشارکت داشتند.
لجنف گفت: «ما گوش میدهیم تا وقتی اتفاق بدی رخ داد، آماده باشیم.»
محتوایی با ویژگی data-level=IMPORTANT
اطلاعات بیشتر:
Xuyang Li et al, Mechanics-informed autoencoder enables automated detection and localization of unforeseen structural damage, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52501-4
اطلاعات مجله: Nature Communications
منبع: دانشگاه ایالتی میشیگان
ارجاع: مهندسان سیستم «هوشمندی» برای جلوگیری از فجایع زیرساختی آینده ایجاد میکنند (2025, March 27). بازیابی شده در 27 March 2025 از https://techxplore.com/news/2025-03-smart-future-infrastructure-disasters.html