En gymnasieungdom i södra Kalifornien har byggt en billig seismometer som ger tidiga varningar om jordbävningar för hem och företag. Kostade mindre än 100 dollar för henne att göra idag, Seismometern kan en dag vara en vanlig hushållssäkerhetsanordning som liknar en smart rökdetektor, säger dess uppfinnare Vivien He.

Ungefär lika stor som en Rubiks kub och inkapslad i klar akryl, seismometern har en snygg, konsumentklar look. Enhetens geofon känner av inkommande markrörelse, medan hårdvara och mjukvara ombord översätter geofonens elektriska signaler till en digital vågform. Enheten har upptäckt alla jordbävningar över magnituden 3,0 runt Los Angeles sedan september 2020.

När jordbävningar är starkare än varningströskeln som ställts in av användaren, enheten kan avge larm ombord för varning på plats, skicka ett textmeddelande till lokala abonnenter av den regionala varningstjänsten, och kan styras från en smartphone.

Han presenterade sin forskning om enheten vid Seismological Society of America (SSA) årsmöte 2021. Hon vann också ett SSA Student Travel Grant, den enda gymnasieeleven bland alla mottagare, att delta i konferensen utan kostnad. Hon är elev vid Palos Verdes Peninsula High School i Rolling Hills Estates. Han tackar hennes lärare i naturvetenskaplig forskarklass, Melissa Klose, för hennes vägledning om vetenskapliga forskningsmetoder och hennes stöd i att utöva forskningsmöjligheter.

Han forskade, designad, byggd, och testade hela enheten under en sommar och höst tillbringade hemma under COVID-19-restriktioner. Hennes hemlabb upptar ett hörn av ett sovrum med "sänglådor fulla av små sladdar och extra geofoner och komponenter." Hon sa.

Där fanns också badrummet hon lånade där det starka ljuset var bra för lödning. För laserskärning i akryl, hennes pappa hjälpte henne att släpa ut ett bord från garaget till gården som en säkerhetsåtgärd.

"Det gjorde jag - säg inte det till min mamma - men jag hade en gång en liten eld, " erkände hon.

Seismometern fyller ett tomrum i nuvarande system för tidig varning för jordbävningar, Han sa, genom att tillhandahålla en konsumentvänlig, låg kostnad men byggd för ändamålet alternativ till dyrare, system av vetenskaplig kvalitet som västkustens ShakeAlert-system. Hennes enhet erbjuder ett sätt för människor i jordbävningszoner att få några till tiotals sekunders varning för att vidta åtgärder och automatiskt stänga av verktyg och maskiner på jobbet.

Han har startat en ideell organisation, Melior Earth, för att hjälpa henne att få enheten till dem som behöver ett billigt varningssystem för jordbävningar. "Jag har förhoppningar om att jag skulle kunna ge detta till familjer med lägre inkomster och stadsdelar med mindre jordbävningssäker infrastruktur, " Hon sa.

Tyst under karantän

Han fick idén till seismometern efter att ha läst en tidning om den ovanliga seismiska "tystnaden" som sänkte sig över jorden när covid-19-låsningarna satte stopp för mycket mänsklig aktivitet. "Jag undrade om jag skulle kunna mäta det från mitt eget hem, "mindes hon, "och sedan utvecklades det snabbt till, Jag undrar om jag kan mäta i mitt eget hem och tillämpa det på tidig varning för jordbävningar?"

Hon började läsa om tidig varning för jordbävningar och bygga en gigantisk treringspärm av markerade papper, inklusive många från SSA-tidskrifter. En av hennes favoritforskare inom området var Richard M. Allen, chef för Berkeley Seismology Lab.

"Jag gillade verkligen hur han förklarade system för tidig varning för jordbävningar och de nuvarande systemens begränsningar, " Han sa.

Forskningen gav He förtroendet att hon kunde bygga en billig enhet för tidig varning för jordbävningar, med ett konsumentbaserat tillvägagångssätt jämfört med det konventionella allmänna stationsbaserade tillvägagångssättet. Efter det, det var dags att ta reda på komponenterna, programmeringen och designen. Hon hade inte mycket expertis i projektet, dock, mycket av de färdigheter och kunskaper som behövdes låg utanför skolans läroplan.

"Jag gick på ett MIT hackathon häromdagen, och vad de sa är att hemligheten för hackare är att de bara googlar allt, eller hur?" sa hon. "Och det är ungefär som vad jag gjorde för det här projektet, tycka om, åh, Jag vet inte hur det här fungerar, bara googla!'"

Som han kommer att diskutera i sin SSA-presentation, enheten utvecklades med tiden i takt med att hennes färdigheter förbättrades och hon löste designproblem längs vägen. Tillsammans med dess varnings- och meddelandefunktioner, den slutliga designen innehåller ett datakort som kan innehålla upp till fyra års standardvågformfiler för jordbävningar som också kan användas för seismologiska studier.

"Hallå, Hör ni det?"

Han kopplade in hennes första seismometer en natt efter midnatt i september förra året. "Och så gick jag och la mig, och sedan nästa dag vaknade jag och det hade varit en jordbävning i Los Angeles och jag var som, åh, det är ödet!"

Hon jämförde den seismiska signalen som fångats av hennes enhet med en som producerades av en U.S. Geological Survey-station nära hennes hus, "och vågformen såg likadan ut, " mindes hon.

En av de tidiga framgångarna för hennes testperiod kom när "min familj var helt i vardagsrummet och vi pratade alla och enheten började pipa och jag sa:'Hallå, hör ni det?' Och de var som, "är det en jordbävning?" och sedan började taklamporna skaka, " Hon sa.

Seismometern har sedan dess framgångsrikt upptäckt flera jordbävningar nyligen i södra Kalifornien, och han har tävlat i vetenskapsmässor i hennes skoldistrikt och Los Angeles County. Där, hon vann finalistpriset för International Science and Engineering Fair (ISEF), vilket får henne att tävla på internationell nivå nästa gång. Dessutom, hon vann Association of Women Geoscientists Award, Cheryl Saban Self-Worth Foundation for Women &Girls 1st Place Award and Scholarship, och professionella ingenjörer i Kaliforniens regering Marylin Jorgenson-Reece Award of Excellence and Scholarship.

Han, som fyllde 17 i februari, arbetar på att få ett nyttopatent för enheten. Hon planerar att använda sin ideella organisation för att få konsumenterna att adoptera enheten, särskilt att göra tidig varning för jordbävningar tillgänglig för låginkomstländer, regioner och befolkning.

"Hela poängen med det är att det skulle vara en konsumentprodukt, men jag är inte fokuserad på den monetära vinsten av det, " förklarade hon. "Jag är mer fokuserad på vetenskapen om det och bara effekten i allmänhet på människor och på att förebygga jordbävningskatastrofer."