Theo trang Interesting Engineering, các nhà nghiên cứu tại Mỹ gần đây đã chứng minh một phương pháp mới để phát hiện các đường hầm ngầm bằng cách truyền tín hiệu âm thanh từ bên dưới mục tiêu thay vì từ phía trên.
Dưới sự dẫn dắt của Tiến sĩ Mike Kass, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) ở Tennessee, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm kỹ thuật mới này trong một cuộc thí nghiệm thực địa tại khuôn viên của cơ sở. Họ đã có thể xác định được các cấu trúc ngầm bị che giấu, đe dọa đường bộ, đường sắt và các cơ sở hạ tầng quan trọng khác.
Việc phát hiện đường hầm thường dựa vào các tín hiệu được gửi xuống từ mặt đất. Tuy nhiên, trong dự án này, nhóm nghiên cứu đã đảo ngược quy trình và truyền âm thanh lên từ bên dưới đường hầm để tạo ra một tín hiệu hạ âm đặc trưng.
“Giả thuyết của chúng tôi là nếu đảo ngược hướng, gửi tín hiệu từ bên dưới một đường hầm tiềm năng thay vì từ bên trên, chúng ta có thể cải thiện khả năng phát hiện bằng cách thu nhận tín hiệu tán xạ mà nếu không sẽ bị mất đi”, Kass nói.
Góc phát hiện mới
Việc xác định vị trí các đường hầm từ mặt đất rất khó khăn. Để làm được điều đó, các kỹ sư dựa vào nhiều công nghệ cảm biến khác nhau, bao gồm khảo sát địa chấn, radar xuyên đất và điện trở suất. Tuy nhiên, những phương pháp này có thể bị hạn chế trong đất giàu sét và môi trường ngầm phức tạp.
Các tín hiệu tần số cao được gửi từ bề mặt có thể phát hiện các hốc nhỏ. Nhưng chúng nhanh chóng suy yếu khi truyền xuống lòng đất. Trong khi đó, các tín hiệu tần số thấp có thể truyền đi xa hơn, nhưng thường bỏ sót các chi tiết nhỏ. Giờ đây, trong nỗ lực khắc phục những thách thức này, nhóm nghiên cứu ORNL đã đảo ngược quy trình.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng tín hiệu hạ âm đặc trưng là dấu hiệu rõ ràng của một khoang rỗng ẩn. Phản hồi âm thanh tần số thấp được tạo ra khi sóng âm uốn cong xung quanh cấu trúc đường hầm. Các cảm biến trên bề mặt sau đó có thể phát hiện tín hiệu và xác nhận sự hiện diện của đường hầm.
Theo nhóm nghiên cứu, nguồn cảm hứng cho phương pháp này là kỹ thuật đo địa chấn theo chiều dọc. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong thăm dò dầu khí. Theo truyền thống, phương pháp này bao gồm việc đặt các cảm biến bên ngoài giếng khoan để ghi lại sóng năng lượng trên bề mặt. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu của ORNL đã đặt nguồn âm thanh dưới lòng đất và đo các rung động thu được trên bề mặt.
Thử nghiệm phương pháp tiếp cận mới
Để kiểm chứng hệ thống trong điều kiện thực tế, nhóm nghiên cứu đã lắp đặt một đường hầm thép dài khoảng 12 mét ở độ sâu 3 mét dưới mặt đất. Sau đó, họ hạ nguồn âm thanh xuống qua các lỗ khoan đến độ sâu lên đến 9 mét.
Trên bề mặt, họ cũng đặt các dãy địa chấn kế, là những cảm biến rung động có độ nhạy cao. Những thiết bị này giúp họ ghi lại cách âm thanh truyền qua lòng đất trước và sau khi đường hầm được xây dựng.
“Trong quá trình thử nghiệm, các địa chấn kế đã phát hiện ra một tín hiệu hạ hài rõ rệt,” Tiến sĩ Charles Finney, nhà nghiên cứu cấp cao về R&D tại ORNL, cho biết trong một tuyên bố. “Các phép đo tiếp theo cho thấy tín hiệu này chỉ xuất hiện một cách nhất quán khi có đường hầm và chỉ khi âm thanh phát ra từ bên dưới đường hầm.”
Kết quả nghiên cứu đã hé lộ một phương pháp phát hiện có thể cải thiện việc nhận dạng các công trình ngầm bị che khuất. Nhóm nghiên cứu tin rằng phương pháp này cũng có thể giúp ước tính độ sâu của đường hầm, vì tín hiệu hạ âm chỉ xuất hiện khi nguồn âm được đặt bên dưới.
Hiện tại, họ đang lên kế hoạch tiếp tục hoàn thiện công nghệ này bằng cách đánh giá hiệu suất của nó trên các loại đất khác nhau. Các nhà nghiên cứu cũng sẽ tìm hiểu xem liệu thời gian và cường độ tín hiệu có thể được sử dụng để tạo ra hình ảnh chi tiết hơn về lớp đất dưới bề mặt hay không.
