Τα μαθηματικά που σώζουν ζωές!

Άρθρο από Γιώτα Ζώτου

Κάθε χρόνο εκατοντάδες άνθρωποι χάνουν τη ζωή τους στη θάλασσα λόγω αεροπορικών και ναυτικών ατυχημάτων. Οι ομάδες διάσωσης έχουν ελάχιστο χρόνο στη διάθεσή τους για να εντοπίσουν τους αγνοούμενους καθώς η πιθανότητα εύρεσης ζωντανού ατόμου μετά το πέρας 6 ωρών είναι εξαιρετικά μικρή.

Πέρα από τις παλίρροιες και τις δύσκολες καιρικές συνθήκες που εμποδίζουν το έργο των σωστικών συνεργείων, μεγάλο σκόπελο στις επιχειρήσεις διάσωσης αποτελούν και τα ασταθή παράκτια ρεύματα.

Μία νέα έρευνα με επικεφαλής τον George Haller, καθηγητή μη γραμμικής δυναμικής στο Πανεπιστήμιο ΕΤΗ στη Ζυρίχη, υπόσχεται να ενισχύσει τις τεχνικές αναζήτησης και διάσωσης που χρησιμοποιούνται σήμερα, αντιμετωπίζοντας το πρόβλημα των μεταβαλλόμενων παράκτιων ρευμάτων.

Χρησιμοποιώντας εργαλεία από τη θεωρία των δυναμικών συστημάτων και δεδομένα για τη φύση των ωκεανών, η ομάδα έχει αναπτύξει έναν αλγόριθμο που μπορεί να προβλέψει πού μπορεί να βρίσκονται αντικείμενα και άνθρωποι που επιπλέουν στο νερό. “Η εργασία μας έχει σαφείς δυνατότητες να σώσει ζωές”, αναφέρει η Mattia Serra, πρώην διδακτορική φοιτήτρια στο ΕΤΗ και νυν μεταδιδακτορική συνεργάτης στο Harvard και πρώτη συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Nature Communications.

Μέχρι τώρα, στις επιχειρήσεις διάσωσης στη θάλασσα, χρησιμοποιούνται περίπλοκα μοντέλα δυναμικής των ωκεανών και πρόγνωσης καιρού για την πρόβλεψη της πορείας των αντικειμένων που παρασύρονται από τα ρεύματα και τις καιρικές συνθήκες που επικρατούν στη θάλασσα.

Ωστόσο, για τα παράκτια ύδατα που μεταβάλλονται απρόβλεπτα και με γρήγορους ρυθμούς, τέτοιες προβλέψεις αποδεικνύονται συχνά ανακριβείς, λόγω αβέβαιων παραμέτρων και ελλιπών δεδομένων. Το γεγονός αυτό ενδεχομένως να έχει ως αποτέλεσμα μια αναζήτηση να ξεκινήσει σε λανθασμένη τοποθεσία, με αποτέλεσμα την απώλεια πολύτιμου χρόνου.

Η ερευνητική ομάδα του Haller, αξιοποιώντας μαθηματικά εργαλεία κατάφερε να δημιουργήσει μία μέθοδο η οποία μπορεί να προβλέψει τη θέση των αντικειμένων που επιπλέουν στην επιφάνεια του ωκεανού. Σύμφωνα με τη μελέτη τους, τα αντικείμενα αναμένεται να συγκεντρωθούν κατά μήκος ορισμένων ειδικών καμπυλών – τις οποίες ονόμασαν TRANient Attracting Profiles (TRAPs).

Αυτές οι καμπύλες είναι αόρατες με γυμνό μάτι, αλλά μπορούν να εξαχθούν από τα τρέχοντα δεδομένα από τις συνθήκες που επικρατούν στην επιφάνεια του ωκεανού χρησιμοποιώντας τις μαθηματικές μεθόδους που ανέπτυξε η ομάδα του ETH. Αυτό επιτρέπει τον γρήγορο και ακριβή σχεδιασμό διαδρομών αναζήτησης που είναι λιγότερο ευαίσθητοι σε αστάθμητους παράγοντες.

Οι άνθρωποι που παρασύρονται στην επιφάνεια του ωκεανού συγκεντρώνονται κατά μήκος ειδικών καμπυλών, που ονομάζονται TRAPs. (Εικόνα:  George Haller / ETH Ζυρίχη)

Σε συνεργασία με μια ομάδα του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του MIT, μιας ομάδας του Ωκεανογραφικού Ινστιτούτου Woods Hole και της Ακτοφυλακής των ΗΠΑ, η ομάδα του ETH δοκίμασε τον νέο αλγόριθμο αναζήτησης με βάση το TRAP σε δύο ξεχωριστά πειράματα.

Τροφοδοτώντας τον αλγόριθμο με real-time δεδομένα για τις συνθήκες που επικρατούν στη θάλασσα, η ομάδα εντόπισε επιτυχώς TRAPs σε πραγματικό χρόνο. Βρήκαν ότι τα ανθρώπινα ομοιώματα που είχαν ρίξει στο νερό για τα πειράματά τους, πράγματι συγκεντρώθηκαν γρήγορα κατά μήκος των εξελισσόμενων καμπυλών που προέβλεψε το μοντέλο τους.

Σύμφωνα με τη Serra, τα αποτελέσματα που επιστρέφει ο αλγόριθμος που δημιούργησε η ερευνητική ομάδα είναι άμεσα και ερμηνεύονται εύκολα. Η Serra προσθέτει επίσης ότι, η μέθοδος που ανέπτυξαν έχει τη δυνατότητα να προβλέψει την εξέλιξη πετρελαιοκηλίδων. Το επόμενο σχέδιο της ερευνητικής ομάδας είναι να δοκιμάσει το νέο εργαλείο πρόβλεψης και σε άλλες υδάτινες περιοχές.

Πηγές

Εικόνα: towardsdatascience.com

Leave a Reply

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s