Como a Fibra Óptica Subterrânea Espia Humanos se Movendo Acima

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Quando o confinamento da primavera passada acalmou o campus da Penn State e a cidade vizinha de State College, um instrumento manipulado pelo júri estava “ouvindo”. Uma equipe de pesquisadores da universidade explorou um cabo subterrâneo de fibra óptica de telecomunicações, que percorre duas milhas e meia pelo campus, e o transformou em uma espécie de dispositivo de vigilância científica.

Ao brilhar um laser através da fibra óptica, os cientistas puderam detectar vibrações de cima do solo graças à maneira como o cabo se deformou um pouco. À medida que um carro rolava pelo cabo subterrâneo ou uma pessoa passava, o chão transmitia sua assinatura sísmica única. Então, sem vigiar visualmente a superfície, os cientistas poderiam pintar um retrato detalhado de como uma comunidade outrora agitada parou e lentamente voltaram à vida à medida que o confinamento diminuía.

Eles podiam dizer, por exemplo, que o tráfego de pedestres no campus quase desapareceu em abril após o início do confinamento, e permaneceu suspenso até junho. Mas depois de inicialmente diminuir, o tráfego de veículos começou a aumentar. “Você pode ver que as pessoas andando ainda é muito mínimo em comparação com os dias normais, mas o tráfego de veículos realmente voltou ao quase normal”, diz o sismólogo da Penn State Tieyuan Zhu, autor principal de um novo artigo descrevendo o trabalho na revista The Seismic Record. “Este cabo de fibra óptica realmente pode distinguir um sinal tão sutil.”

Mais especificamente, é a frequência no sinal. Um passo humano gera vibrações com frequências entre 1 e 5 hertz, enquanto o tráfego de carros é mais parecido com 40 ou 50 hertz. As vibrações das máquinas de construção saltam além de 100 hertz.

Os cabos de fibra óptica funcionam aprisionando perfeitamente os pulsos de luz e transportando-os a vastas distâncias como sinais. Mas quando um carro ou pessoa passa por cima, as vibrações introduzem uma perturbação ou imperfeição: uma pequena quantidade dessa luz se espalha de volta à fonte. Como a velocidade da luz é uma quantidade conhecida, os pesquisadores da Penn State poderiam brilhar um laser através de um único fio de fibra óptica e medir vibrações em diferentes comprimentos do cabo calculando o tempo que a luz dispersa levou para viajar. A técnica é conhecida em geociência como sensoriamento acústico distribuído, ou DAS.

Um sismógrafo tradicional, que registra tremores com o movimento físico de suas partes internas, mede apenas a atividade em um local da Terra. Mas usando essa técnica, os cientistas poderiam provar mais de 2.000 pontos ao longo das 2,5 milhas de cabo – um a cada 6 pés e meio – dando-lhes uma resolução superfina de atividade acima do solo. Eles fizeram isso entre março de 2020, quando o confinamento foi estabelecido, e junho de 2020, quando as empresas do State College começaram a reabrir.

Apenas a partir desses sinais vibracionais, o DAS pôde mostrar que no lado oeste do campus, onde uma nova garagem estava em desenvolvimento, não havia atividade industrial em abril, já que a construção parou. Em junho, os pesquisadores não apenas detectaram as vibrações das máquinas reiniciadas, mas também puderam realmente escolher os veículos de construção, que cantarolavam em uma frequência menor. Ainda assim, eles observaram que, nessa época, a atividade de pedestres no campus mal havia se recuperado, embora algumas restrições pandêmicas tenham diminuído.

DAS pode ser uma ferramenta poderosa para rastrear o movimento das pessoas: em vez de peneirar os dados de localização do telefone celular, os pesquisadores poderiam acessar cabos de fibra óptica para rastrear a passagem de pedestres e carros. Mas a tecnologia não consegue identificar exatamente um carro ou pessoa. “Você pode dizer se é um carro, ou se é um caminhão, ou se é uma bicicleta. Mas você não pode dizer: ‘Oh, este é um Nissan Sentra, 2019′”, diz Ariel Lellouch, geofísico da Universidade de Stanford, que usa DAS, mas não estava envolvido neste estudo, mas o revisou por pares. “O anonimato do DAS é um dos maiores benefícios, na verdade.”

Mesmo que você quisesse rastrear uma pessoa enquanto viajava por uma cidade, ela teria que andar continuamente ao longo do cabo que você está monitorando. Assim que eles se desviassem do curso, você perderia o sinal sísmico deles. “Taramente falando, se você tem uma fibra e alguém está andando ao longo dessa fibra – digamos que está no deserto – e essa é a única pessoa que está andando, sim, você pode rastrear”, diz Lellouch. “Mas você não pode atribuí-lo a uma pessoa específica.” Basicamente, se você quiser rastrear um indivíduo à distância, estaria muito melhor com binóculos ou seus dados de células.

Ultimamente, o uso do DAS está crescendo nas ciências, graças à “fibra escura”. À medida que a internet cresceu na década de 1990, as empresas de telecomunicações começaram a estabelecer um monte de cabos de fibra óptica. O cabo em si é relativamente barato em comparação com o trabalho necessário para cavar os buracos para colocá-lo, então, em antecipação ao boom da web, as empresas plantaram mais do que precisavam. Hoje, grande parte dessa fibra ainda não é utilizada, ou “escura”, disponível para os cientistas alugarem para experimentos.

No entanto, sua disponibilidade depende da localização. “Então, talvez no centro de Nova York, entre a bolsa de valores e Nova Jersey, haja muita disputa por essa fibra”, diz o geofísico da Rice University Jonathan Ajo-Franklin, que não estava envolvido neste novo artigo, mas é editor associado da revista que o publica. Mas, ele acrescenta, “atravessando a zona rural de Nevada em uma rota de longo curso, talvez haja mais que você possa usar”.

Ao contrário dos sismômetros tradicionais, este cabo é barato e não requer uma fonte de energia. Com o DAS, você só precisa de um dispositivo “interrogador” que acione o laser e receba os dados que passam pelas fibras. “Portanto, é realmente uma ótima oportunidade se você quiser adquirir esses dados espaçados para fazer medições de terremotos ou ondas superficiais ou mobilidade urbana”, diz Ajo-Franklin. Por exemplo, Ajo-Franklin já usou um trecho de 17 milhas de fibra escura perto de Sacramento para registrar 7 meses de terremotos, grandes e pequenos.

Engenheiros civis já estão usando DAS para estudar a deformação do solo, e os biólogos estão até usando cabos de fibra óptica offshore para ouvir baleias. (Afinal, o som se propaga como uma vibração.) “Está realmente explodindo em termos de aplicativos”, diz Ajo-Franklin. “As pessoas estão incorporando fibras em geleiras e arrastando-as para trás de barcos na coluna de água livre para fazer medições de temperatura. É realmente uma espécie de incrível conjunto de tecnologias.”

Então, da próxima vez que você sair para passear, pare para apreciar a ciência que pode estar cantarolando sob seus pés. Ou, se você está se sentindo esbado, pule para cima e para baixo com muita força.

FONTE: WIRED

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