University of Bristol är banbrytande för övervakning av vulkanaktivitet genom att utveckla ett banbrytande mätsystem som tål de hårda förhållandena runt hjärtat av en aktiv vulkan.

Så extremt, farliga och oförutsägbara miljöer utgör en mycket svår utmaning att på ett tillförlitligt sätt registrera vulkaniskt beteende för analytiska modeller. För vissa vulkaner är det helt enkelt för farligt för ett mänskligt tillvägagångssätt. För att lösa detta problem har forskare från alla vetenskaps- och teknikfakulteter utvecklat högspecialiserade sensorkapslar, kallas "drakeägg", som kan placeras på farliga platser med hjälp av en drönare och tillhandahålla värdefulla realtidsdata om vulkanisk aktivitet som kan användas för att informera vulkaniska riskbedömningar.

Forskarna tänker sig många applikationer för den teknik de utvecklar, inklusive fjärrövervakning av andra naturfenomen som glaciärer och geologiska fel, och av människor orsakade faror, t.ex. lagringsplatser för kärnavfall.

De "dragonägg" som för närvarande utvecklas är autonoma och intelligenta sensorkapslar utformade för att övervaka vulkanisk aktivitet. De är utrustade med en rad state-of-the-art sensorer för temperatur, fuktighet, vibrationer, och många giftiga gaser. En stor utmaning är att optimera designen för att uppfylla många olika kriterier. De måste, kunna arbeta under en extrem vulkan, vara tillräckligt lätt för att bäras av en drönare, och vara extremt effektiv i energiförbrukningen eftersom underhåll inte är ett alternativ vid toppen av en aktiv vulkan!

Dessa sensorkapslar är resultatet av ett intensivt samarbete mellan olika fakulteter och innehåller enastående ny teknik som uppfunnits och utvecklats vid University of Bristol. Bland dessa, de självkörande händelsedetektorerna, känd som "sensordrivna" detektorer, är en viktig del av denna nya enhet. De låter äggen förbli vilande under längre tid, bevara makten, tills vulkanaktivitet detekteras när dragonägget "kläcks" in i en komplett fjärrövervakningsstation med en trådlös sändare.

Designad av forskargrupperna Electrical Energy Management och Digital Health, händelsedetektorerna har den lägsta standby-strömförbrukningen i världen. De kan aktiveras av pulser så låga som 5 picojoules (vilket är cirka 100, 000 gånger mindre än den energi som frigörs om en fruktfluga kolliderar med dig). Därför, sensordrivna detektorer kräver inte batteriström för att förbli i drift, och istället använda en bråkdel av energin i sensorsignalerna.

Äggen placeras på vulkanens sluttning och de är utformade för att kläcka när den sensordrivna modulen detekterar vibrationer orsakade av vulkaniska darrningar. I framtiden, äggen kommer att konstrueras för att svara på en rad olika vulkaniska stimuli. Tack vare denna detekteringskrets, äggen kan förbli i drift i många månader utan att deras energiresurser tömmas.

Dessa detektorer har licensierats till och vidareutvecklats av tech start-up Sensor Driven Ltd, och har redan testats vid en utplacering vid Stromboli -vulkanen i Italien, markerar det första försöket att använda en sådan teknik för att övervaka en aktiv vulkan.

Med en kraftfull trådlös sändare, dragonäggen kan rapportera data till en basstation med en satellitupplänk på ett säkert avstånd på upp till 10 km; långt ifrån vulkanens faror. Den ultraeffektiva sensordrivna tekniken är nyckeln till att maximera livslängden för varje enskilt ägg. Äggen synergiseras tillsammans som ett intelligent lågenergisensornätverk med en stjärntopologi, vilket gör att nätverket kan fortsätta driften även efter att flera ägg har uppslukats av lava och lågor.

Dr Yannick Verbelen, Forskningsassistent vid Fysikhögskolan, sade:"Det är första gången ett autonomt system som använder nollkraftig lyssningsteknik har använts i denna typ av fientlig miljö. Vi skjuter gränserna för den sensordrivna lågeffektövervakningen i den här applikationen, men det är vad forskning handlar om. "

På grund av de extrema förhållandena nära de vulkaniska ventilerna, "dragonäggen" är utformade för att användas med flygande obemannade luftfartyg (UAV). Med en lätt men ändå snabb avlämningsmekanism, en liten drönare med hög smidighet kan användas för utplaceringsuppdrag, minimera den tid som UAV spenderar i riskzonen och begränsa dess exponering för mycket korrosiva vulkaniska gaser.

Dr Kieran Wood, Senior Research Associate och UAV -specialist inom rymdteknik, förklarade:"Detta är en exemplifierande applikation för användning av UAV (drönare). Att närma sig vulkaner är farligt och logistiskt utmanande. UAV:​​er kan effektivt placera sensorer på långt avstånd för att minimera risken och förbättra effektiviteten i datainsamling".

Denna banbrytande forskning finansieras genom två kostnadsfria brittiska forsknings- och innovationsbidrag:ASPIRE, syftar till att utveckla sensorer med låg effekt för extrema miljöer, och National Center for Nuclear Robotics (NCNR) som syftar till att utveckla avancerad robotik- och artificiell intelligensteknik för kärnkraftsapplikationer. Nyligen, projektet har också fått stöd från Cabot Institute Innovation Fund.

Lead på Bristol för båda bidragen, Professor Tom Scott, sade:"Genom att kombinera den tvärvetenskapliga expertisen och tekniken från flera kostnadsfria bidrag som samarbetat har vi kunnat uppnå något som verkligen kan förändra spelet. Ett sådant tillvägagångssätt har gjort det möjligt för oss att leverera resultat på en mycket kortare tidslinje och mindre budget än vad som vanligtvis skulle vara möjligt . "