Denn du bist ein sehr verantwortungsbewusste Person, die keine SMS schreibt und nicht fährt, wenn Sie über eine Brücke rollen, klebt Ihr Smartphone am Armaturenbrett, wo es Ihnen vielleicht Anweisungen gibt, während Sie einen WIRED-Podcast streamen. Aber im Hintergrund sammelt Ihr Gerät auch Unmengen von Beschleunigungsmesserdaten. Eines Tages könnte dies helfen, Probleme mit der Brücke zu diagnostizieren, über die Sie rasen.
Jede Brücke hat ihre eigene „modale Frequenz“ oder die Art und Weise, wie sich Vibrationen durch sie ausbreiten – und anschließend in Ihr Auto und Telefon. (Hohe Gebäude, die im Wind oder bei einem Erdbeben schwanken, haben ebenfalls modale Frequenzen.) „Steifigkeit, Masse, Länge – all diese Informationen werden die modale Frequenz beeinflussen“, sagt Thomas Matarazzo, ein Bauingenieur am MIT und der United States Military Academy. „Wenn wir eine signifikante Änderung der physikalischen Eigenschaften der Brücke feststellen, ändern sich die Modalfrequenzen.“ Stellen Sie es sich vor, als würden Sie die Temperatur einer Brücke messen – eine Veränderung könnte ein Symptom einer zugrunde liegenden Krankheit sein.
In den USA wurde ein Großteil der Brückeninfrastruktur gebaut, um die Autokultur nach dem Zweiten Weltkrieg zu unterstützen, und sie wird alt und unsolide. Ironie unter Ironien: Anfang dieses Jahres eine Brücke in Pittsburgh Stunden zuvor zusammengebrochen Präsident Joe Biden sollte die Stadt besuchen, um über Infrastruktur zu sprechen. A 2007 Zusammenbruch in Minneapolis 13 getötet und 145 verletzt, und die 1993 Ausfall einer Eisenbahnbrücke in der Nähe von Mobile, Alabama, tötete 47 und verletzte über 100.
Zur Überwachung auf Risse, Korrosion und andere Defekte verfügen einige Brücken über teure Sensoren, die erkennen, wie sich ihre Modalfrequenz ändert. Aber die überwiegende Mehrheit der Spans auf der ganzen Welt – es gibt einige 600.000 Autobahnbrücken allein in den USA – fehlen diese Sensoren. (Sie sind nicht Set-it-and-forget-it: Es braucht Hunderte von Sensoren, um eine besonders lange Brücke abzudecken, und Sie müssen ihre Batterien austauschen und alle paar Monate Daten herunterladen.) Stattdessen verlassen sich Brückenbetreiber auf langsame, arbeitsintensive Sichtprüfungen.
Ingenieure benötigen daher eine bessere Möglichkeit zur Überwachung von Modalfrequenzen, idealerweise kostengünstig und in Echtzeit. In einem neues Papier im Tagebuch Naturkommunikationstechnik, beschreiben Matarazzo und seine Kollegen, wie sie mit gewöhnlichen Smartphones in vorbeifahrenden Autos die Modalfrequenz der Golden Gate Bridge genau abschätzten. Das könnte den Weg (sorry) für eine Zukunft ebnen, in der Tausende von Telefonen, die über eine Brücke hin und her gehen, gemeinsam den Zustand der Spannweite messen und die Inspektoren auf Probleme aufmerksam machen könnten, bevor sie für das menschliche Auge sichtbar sind.
Die Forscher begannen mit einem kontrollierten Experiment, bei dem sie Daten sammelten, indem sie mit Smartphones auf ihrem Armaturenbrett über die Golden Gate Bridge fuhren. Sie kannten alle Variablen: In welchem Auto sie sich befanden, ihre Geschwindigkeit, wo sie sich zu einem bestimmten Zeitpunkt befanden und wo genau sich die Telefone im Auto befanden. Während der Fahrt sammelten die Telefone Daten von ihren Beschleunigungsmessern, die Bewegungen messen – in diesem Fall die Vibrationen des Autos. Dies ermöglichte es den Forschern, die Modalfrequenz der Brücke genau zu messen, die mit Daten von herkömmlichen Sensoren übereinstimmte, die bereits entlang der Spannweite eingesetzt worden waren.