استفاده از ارتعاشات برای آشکار کردن آنچه در زیر سطوح سیارات دیگر نهفته است

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

اکتشافات فضایی مدرن کاملا به سطوح «پیشتازان فضا» نرسیده است که جسورانه به جایی که هیچ‌کس قبلا نرفته است، رفته است. اما اگر، مانند ساکنان USS Enterprise، روزی فضانوردان بخواهند بر روی یک سیاره ناشناخته فرود بیایند، ابتدا می خواهند بدانند روی سطح و زیر آن چه چیزی وجود دارد.

تحقیقات فناوری ویرجینیا می‌تواند راه را برای این کار با مجموعه‌ای از ابزارهای جدید که ارتعاشات در زمین را اسکن می‌کنند تا تعیین کنند که سنگ‌های سطحی تا چه اندازه گسترش یافته‌اند. و این یک داستان علمی تخیلی نیست.

اریک کومندرا، استادیار مهندسی مکانیک، زمانی به عنوان مهندس در مرکز تحقیقات لانگلی ناسا کار می کرد. آخرین تحقیقات او با دکتری. نامزد Yiyan Ruan، منتشر شده در IEEE Sensors Journal، ممکن است به مریخ نوردها کمک کند تا به طور ایمن بر روی مریخ، ماه یا دیگر سیارات تا حد زیادی ناشناخته فرود آیند. همچنین می تواند کاربردهای زمینی داشته باشد، مانند تجزیه و تحلیل سناریوهای ساخت و ساز یا فاجعه زمانی که خطرات احتمالی مدفون می شوند.

عواملی مانند ارتفاع و ناهمواری زمین و ارتفاع صخره ها بر گزینه های مکان قرار دادن فضاپیما در ماموریت های فعلی به مریخ تأثیر می گذارد.

اگر سنگی در مسیر یک سطح بالقوه فرود قرار گیرد، یک بیل مکانیکی رباتیک می تواند آن را جدا کند. اما اگر صخره در واقع یک تخته سنگ مدفون است، آن ربات نباید انرژی خود را هدر دهد و ابزارها را در تلاش برای حذف چیزی که غیرقابل حرکت است هدر دهد.

کومندرا می‌گوید: «تا زمانی که انسان‌ها روی زمین چیزهایی ساخته‌اند، ما باید با موانع بزرگ و سنگینی دست و پنجه نرم می‌کنیم که نمی‌توان آنها را به سادگی نادیده گرفت یا بدون برنامه‌ریزی دقیق از سر راه برداشت. "برای ما به اندازه کافی آسان است که فقط به سنگ ها نگاه کنیم و قضاوت های سریع و قابل آزمایشی انجام دهیم. آیا این سنگ در حال استراحت است یا تا حدی مدفون است؟ آیا می توانم آن را به تنهایی جابجا کنم یا به کمک و ابزار نیاز دارم؟ اما اگر روبات ها نیاز به انجام این کار داشته باشند چه؟

کومندرا در حال جمع آوری مجموعه ای از ابزارها است که می تواند کار بیل مکانیکی را کاهش دهد. تیم او برای آزمایش رویکرد خود، 18 بلوک بتنی با اندازه ها و شکل های مختلف را در اعماق مختلف در ماسه دفن کردند. آنها با یک چکش ابزاری به سنگ در معرض ضربه زدند، سپس ارتعاشات حاصل را از راه دور با استفاده از ارتعاش سنج داپلر لیزری اسکن کردند.

پس از آزمایش ارتعاش در ارتفاعات متعدد روی سطح سنگ، محققان نتایج را به یک شبکه عصبی ارسال کردند که رابطه بین ویژگی‌های ارتعاش، هندسه سنگ مرئی و عمق دفن را آموخت.

این تیم از داده ها برای آموزش هوش مصنوعی برای تجزیه و تحلیل و مقایسه نتایج استفاده کرد. رابطه بین سختی خاک، زاویه تماس سنگ ها با ماسه و سایر عوامل باعث پیچیده شدن قرائت ها می شود. با آموزش هوش مصنوعی برای محاسبه این عوامل، تیم توانست مدل هایی بسازد که به طور قابل اعتماد عمق را تعیین کند.

Ruan گفت: "تخمین عمق مدفون شدن یک سنگ با استفاده از ارتعاشات می تواند مشکل باشد." "بازخورد تحت تاثیر هندسه سنگ و نحوه نگهداری خاک است. با انتخاب دقیق ویژگی ها از اندازه گیری ارتعاش و هندسه آشکار، ما توانستیم داده های قابل اعتمادی را با استفاده از یک شبکه عصبی فشرده تنها با دو لایه پنهان تولید کنیم."

این مدل‌ها می‌توانند روزی یک بیل مکانیکی رباتیک در مریخ را راهنمایی کنند تا به درستی موانع موجود در زمین را مدیریت کند. در حال حاضر، این تیم قصد دارد به ساخت مجموعه داده‌ها و آزمایش رویکرد آنها بر روی زمین ادامه دهد، جایی که این ابزار می‌تواند برای تعیین اجزای سازنده‌های سنگی ناپایدار، اندازه‌گیری غارهای زیرزمینی و حتی کمک به پاکسازی بلایای طبیعی مفید باشد.

Yiyan Ruan و همکاران، تخمین عمق تدفین برای سنگ های نیمه جاسازی شده با استفاده از ارتعاش سنجی داپلر لیزری و شبکه های عصبی، مجله سنسورهای IEEE (2026). DOI: 10.1109/jsen.2026.3733381

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →