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2022-11-04¿Puede su teléfono saber si un puente está en buenas condiciones?

MIT |Un nuevo estudio sugiere que los datos móviles recopilados mientras se viaja por puentes podrían ayudar a evaluar su integridad.

¿Quiere saber si el puente Golden Gate está aguantando bien? Podría existir una aplicación para eso.

Un nuevo estudio en el que participaron investigadores del MIT muestra que los teléfonos móviles colocados en vehículos, equipados con un software especial, pueden recopilar datos útiles de integridad estructural al cruzar puentes. Al hacerlo, podrían convertirse en una alternativa menos costosa a los conjuntos de sensores conectados a los propios puentes.

"El hallazgo central es que la información sobre la salud estructural de los puentes se puede extraer de los datos del acelerómetro recopilados por teléfonos inteligentes", dice Carlo Ratti, director del MIT Sensable City Laboratory y coautor de un nuevo artículo que resume los hallazgos del estudio.

La investigación se llevó a cabo, en parte, en el propio puente Golden Gate. El estudio mostró que los dispositivos móviles pueden capturar el mismo tipo de información sobre las vibraciones de los puentes que recopilan los sensores estacionarios. Los investigadores también estiman que, dependiendo de la edad de un puente de carretera, el monitoreo de dispositivos móviles podría agregar entre un 15 y un 30 por ciento más de años a la vida útil de la estructura.

“Estos resultados sugieren que los conjuntos de datos masivos y económicos recopilados por los teléfonos inteligentes podrían desempeñar un papel importante en el seguimiento del estado de la infraestructura de transporte existente”, escriben los autores en su nuevo artículo.

El estudio, “Crowdsourcing Bridge Vital Signs with Smartphone Vehicle Trips”, se publica en Communications Engineering .

Los autores son Thomas J. Matarazzo, profesor asistente de ingeniería civil y mecánica en la Academia Militar de los Estados Unidos en West Point; Daniel Kondor, un postdoctorado en Complexity Science Hub en Viena; Sebastiano Milardo, investigador del Senseable City Lab; Soheil S. Eshkevari, científico investigador principal de DiDi Labs y ex miembro de Senseable City Lab; Paolo Santi, científico investigador principal del Senseable City Lab y director de investigación del Consejo Nacional de Investigación de Italia; Shamim N. Pakzad, profesor y presidente del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de Lehigh; Markus J. Buehler, profesor de Ingeniería Jerry McAfee y profesor de ingeniería civil y ambiental y de ingeniería mecánica en el MIT; y ratti,

Los puentes vibran naturalmente, y para estudiar las "frecuencias modales" esenciales de esas vibraciones en muchas direcciones, los ingenieros suelen colocar sensores, como acelerómetros, en los propios puentes. Los cambios en las frecuencias modales a lo largo del tiempo pueden indicar cambios en la integridad estructural de un puente.

Para realizar el estudio, los investigadores desarrollaron una aplicación de teléfono móvil basada en Android para recopilar datos del acelerómetro cuando los dispositivos se colocaron en los vehículos que pasaban por el puente. Luego pudieron ver qué tan bien coincidían esos datos con el registro de datos de los sensores en los propios puentes, para ver si el método del teléfono móvil funcionaba.

“En nuestro trabajo, diseñamos una metodología para extraer frecuencias de vibración modales a partir de datos ruidosos recopilados de teléfonos inteligentes”, dice Santi. “A medida que se registran los datos de múltiples viajes sobre un puente, el ruido generado por el motor, la suspensión y las vibraciones del tráfico, [y] el asfalto, tienden a cancelarse, mientras que emergen las frecuencias dominantes subyacentes”.

En el caso del puente Golden Gate, los investigadores cruzaron el puente 102 veces con sus dispositivos en funcionamiento, y el equipo también utilizó 72 viajes de conductores de Uber con teléfonos activados. Luego, el equipo comparó los datos resultantes con los de un grupo de 240 sensores que se habían colocado en el puente Golden Gate durante tres meses.

El resultado fue que los datos de los teléfonos convergieron con los de los sensores del puente; para 10 tipos particulares de vibraciones de baja frecuencia que los ingenieros midieron en el puente, hubo una coincidencia cercana y, en cinco casos, no hubo ninguna discrepancia entre los métodos.

“Pudimos demostrar que muchas de estas frecuencias corresponden con mucha precisión a las frecuencias modales prominentes del puente”, dice Santi.  

Sin embargo, solo el 1 por ciento de todos los puentes en los EE. UU. son puentes colgantes. Alrededor del 41 por ciento son puentes de hormigón mucho más pequeños. Entonces, los investigadores también examinaron qué tan bien le iría a su método en ese entorno.

Para hacerlo, estudiaron un puente en Ciampino, Italia, comparando 280 viajes de vehículos sobre el puente con seis sensores que se habían colocado en el puente durante siete meses. Aquí, los investigadores también se sintieron alentados por los hallazgos, aunque encontraron una divergencia de hasta un 2,3 por ciento entre los métodos para ciertas frecuencias modales en los 280 viajes, y una divergencia del 5,5 por ciento en una muestra más pequeña. Eso sugiere que un mayor volumen de viajes podría generar datos más útiles.

“Nuestros resultados iniciales sugieren que solo una [cantidad modesta] de viajes en el lapso de unas pocas semanas son suficientes para obtener información útil sobre las frecuencias modales del puente”, dice Santi.

Mirando el método como un todo, Buehler observa: “Las firmas vibratorias están emergiendo como una herramienta poderosa para evaluar las propiedades de sistemas grandes y complejos, que van desde las propiedades virales de los patógenos hasta la integridad estructural de los puentes, como se muestra en este estudio. Es una señal universal que se encuentra ampliamente en el entorno natural y construido que recién ahora estamos comenzando a explorar como una herramienta de diagnóstico y generativa en ingeniería”.

Como reconoce Ratti, hay formas de refinar y expandir la investigación, incluida la consideración de los efectos del montaje del teléfono inteligente en el vehículo, la influencia del tipo de vehículo en los datos y más.

“Todavía tenemos trabajo por hacer, pero creemos que nuestro enfoque podría ampliarse fácilmente, hasta el nivel de todo un país”, dice Ratti. “Es posible que no alcance la precisión que se puede obtener utilizando sensores fijos instalados en un puente, pero podría convertirse en un sistema de alerta temprana muy interesante. Pequeñas anomalías podrían entonces sugerir cuándo llevar a cabo más análisis”.

Los investigadores recibieron apoyo de Anas SpA, Allianz, Brose, Cisco, Dover Corporation, Ford, el Instituto de Ámsterdam para Soluciones Metropolitanas Avanzadas, el Instituto Fraunhofer, el antiguo Centro de Recursos Naturales y Medio Ambiente de Kuwait-MIT, Lab Campus, RATP, Singapur. –MIT Alliance for Research and Technology (SMART), SNCF Gares & Connexions, UBER y el Programa de Modernización de Computación de Alto Rendimiento del Departamento de Defensa de EE. UU.

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