Máy cảm biến tí hon chống cháy rừng

Tại đây, các sinh viên ngành kỹ thuật điện và máy tính của Đại học Bang California đang đốt những đống lửa nhỏ và tìm ra những cách tối ưu để máy cảm biến có thể giúp lính cứu hỏa phát hiện nguy hiểm. Mục tiêu của họ là thiết kế các cảm biến có thể nhận biết dấu hiệu của đám cháy ngay khi mới bắt đầu, như độ nóng, khói, thay đổi độ ẩm. Kết hợp với năng lực dự đoán của trí tuệ nhân tạo (AI), những cảm biến này có thể giúp đơn vị phản ứng nhanh tới nơi có cháy sớm hơn, hay thậm chí là có thể lường trước những điểm sắp phát hỏa.

Tình trạng hiện nay

Cháy rừng hiện đang là một vấn đề nghiêm trọng trên toàn thế giới, khi biến đổi khí hậu khiến các vụ cháy trở nên nghiêm trọng hơn qua từng năm. Để dập các đám cháy rừng, thường sẽ cần các đội cứu hỏa có mặt tại hiện trường để dập lửa dưới đất và máy bay trực thăng thả nước từ trên cao.

Hàng tuần nay, các đội lính cứu hỏa Canada và quốc tế đã phải chiến đấu với những đám cháy rừng dai dẳng ở Quebec, Ontario và Nova Scotia. Đây là mùa cháy tồi tệ nhất từ trước đến nay ở nước này. Khói từ hơn 500 đám cháy ở Canada thậm chí đã bay qua Đại Tây Dương tới châu Âu, phủ dày đặc lên hầu hết vùng Trung và Đông Canada, cũng như phía Đông Bắc và miền Trung Tây Mỹ.

Việc đối phó với khói từng chỉ được coi là một điều phiền phức tạm thời thì nay đang dần trở thành một vấn đề hàng đầu trong chính sách. Theo chuyên gia về ảnh hưởng của ô nhiễm tới sức khỏe, chúng ta cần tìm cách sống chung với nó, vì thậm chí vấn đề này sẽ còn trở nên tồi tệ hơn.

Tác dụng của cảm biến

Hiện nay, để cảnh báo cháy, vệ tinh thường được sử dụng để bao quát các khu vực rộng lớn và quét tìm dấu hiệu. Song, ảnh vệ tinh không thể chụp cận và cung cấp nhiều cảnh báo như các cảm biến khi được đặt ở những vị trí chiến lược.

Các cảm biến được đặt xung quanh và trong khu rừng sẽ cho phép lính cứu hỏa phản ứng chỉ trong khoảng thời gian tính bằng phút, thay vì sau nhiều giờ hay nhiều ngày. Như vậy, họ có thể dập lửa trước khi chúng trở thành những vụ hỏa hoạn lớn. Theo chuyên gia, nếu các cộng đồng và đội cứu hỏa có được năng lực này thì ảnh hưởng của cháy rừng lên mạng người, của cải và ngay cả hệ sinh thái cũng sẽ được giảm đi đáng kể.

Khi được gắn trên các cột điện thoại, trên cây, drone, hay thậm chí được thả như pháo giấy xuống nền rừng, các cảm biến tí hon sẽ hoạt động theo nhóm hoặc như các điểm nút, dò khắp khu rừng để tìm dấu hiệu biến cố. Những thay đổi nhỏ nhất trong môi trường sẽ được gửi tin nhắn cảnh báo tới những người có trách nhiệm để họ có thể phản ứng nhanh.

Mới đây, cơ quan chính chịu trách nhiệm với cháy rừng ở California đã bắt đầu thử nghiệm máy cảm biến để phát hiện cháy rừng sớm hơn. Theo cơ quan này, phát hiện sớm là mấu chốt xoay chuyển tình hình, và các cảm biến có thể giúp ích cho việc này. Ví dụ, nếu một người đang đi trong rừng gọi báo cháy thì thông tin thường không rõ ràng vì người đó không thể nói chính xác mình đang ở đâu. Trong khi một điểm nút gồm các cảm biến được đặt đúng chỗ có thể cung cấp chi tiết thông tin về địa điểm qua tin nhắn hoặc một ứng dụng trực tiếp tới nhà chức trách. Các cảm biến camera có thể mang lại những manh mối quan trọng, ngay cả khi công nghệ vẫn còn đang được phát triển.

Một trong những thách thức lớn nhất mà các đội cứu hỏa phải đối mặt là những đám cháy tại các vùng phân giới giữa đất hoang và đô thị (WUI). Đây là những khu vực thành phố và thị trấn xây dọc bìa rừng, điểm an cư hấp dẫn với những người muốn ở gần thiên nhiên. Số người về đây sống tăng vọt đi kèm với nguy cơ cao hơn cùng các vấn đề về quản lý, đòi hỏi phải có những kế hoạch sơ tán hiệu quả, các hệ thống cảnh báo cùng công cụ cứu hỏa đầy đủ.

Các nhà chức trách có thể đặt cảm biến phát hiện khói sớm ở những khu vực hẻo lánh để chúng có thể báo động nhanh cho các đội cứu hỏa trước khi một đám cháy lan ra, ảnh hưởng đến các cộng đồng địa phương. Hoặc, họ có thể đặt chúng ở những nơi cần bảo vệ nhiều nhất, ví dụ như gần một thị trấn nhỏ hay một cụm các thị trấn nhỏ. Theo công ty N5, ở một khu vực dân cư nằm bên bìa rừng, công nghệ cảm biến có thể phát hiện ra đám cháy trong vòng 10 phút. Công ty N5 Sensors hiện đang phát triển công nghệ này ở tám bang của Mỹ, cũng như ở Quebec.

Một lợi thế nữa của cảm biến là chúng có thể cho phép các đội cứu hỏa tận dụng sức mạnh của AI để tránh các báo động giả. AI có thể học từ hàng trăm hàng nghìn ví dụ để biết đám cháy trông như thế nào, để rồi phân biệt giữa đám cháy với xe tải diesel hay đám bụi công trình. Năng lực dự đoán của AI càng cao thì các đội cứu hỏa càng được thông báo sớm hơn, dù là AI được lập trình trong cảm biến, phần mềm mô phỏng cháy, hay trong các máy chụp hồng ngoại.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Carleton, Canada đang tìm hiểu cách cải thiện việc mô phỏng và dựng hình các đám cháy. Họ cho biết, để AI dự báo chính xác hơn, cần chạy nhiều mô phỏng với các biến thể rất nhỏ để dự đoán đúng hơn các kịch bản đám cháy. Nhờ thế, nó có thể giúp thay đổi phương thức cứu hỏa để đạt hiệu quả cao nhất. Chẳng hạn, khi cần các nhà chức trách điều động trực thăng, chúng ta có thể đưa ra những hình ảnh mô tả diễn biến sẽ xảy ra. Hay AI có thể thông báo cho các đội cứu hỏa nơi tốt nhất để đặt hàng rào ngăn lửa, hướng tốt nhất để tiếp cận và dập tắt đám cháy.

Ngoài ra, để chủ động hơn trong việc phòng cháy, các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của Đại học California Davis (Mỹ) đang lắp cảm biến lên drone, nhằm trao cho chúng khả năng tuần rừng và phát hiện các dấu hiệu của một đám cháy. Thay vì thụ động như trước đây là drone hay cảm biến chỉ hoạt động khi vụ cháy đã xảy ra, chúng chỉ được điều đi để tìm địa điểm đám cháy rồi báo lại cho các đội cứu hỏa đến hành động.

Để tạo nên thay đổi hiệu quả, họ sẽ cần dùng một hệ thống các điểm nút cảm biến nhằm dự đoán những khu vực dễ có nguy cơ cháy nhất. Ví dụ, mô phỏng và AI có thể mang lại hiểu biết về hành vi của các đám cháy trong tương lai dựa trên những xu thế trong quá khứ.

Song, những hệ thống này mới ở giai đoạn trứng nước, chủ yếu được dùng ở quy mô nhỏ hay trong phòng thí nghiệm. Không có công nghệ kỳ diệu nào giải quyết được những trận cháy rừng ngày càng nghiêm trọng. Hiện giờ, phương thức tiếp cận vẫn là sử dụng mọi nguồn lực, với cảm biến, drone, tháp canh, vệ tinh, tất nhiên là cả những người lính cứu hỏa tại hiện trường và trực thăng trên không.

Nguồn: khoahocphattrien.vn