En rysk tillverkad PFM-1 landgruva. Tappade ur luften i stora omgångar, mestadels plastanordningar är fyllda med explosiv vätska. Många barn, tror att de är leksaker, har plockat upp dem och blivit dödade eller lemlästade. Upphovsman:Jasper Baur
Beväpnad med en nyutbildad grundutbildning i geologi, Jasper Baur är i gruvbranschen. Inte de gruvor där vi utvinner metaller eller mineraler; den typen som dödar och lemlästar tusentals människor varje år. Baur och kollegor försöker visa att drönarfödda geofysiska sensorer som redan används inom områden som prospekteringsgeologi, vulkanologi och arkeologi kan tillämpas för att mer effektivt upptäcka och eliminera dessa dödliga faror
Som förstaårsstudent vid Binghamton University i upstate New York 2016, Baur började arbeta med två geofysikprofessorer, Alex Nikulin och Timothy de Smet, att undersöka hur man använder instrumentutrustade drönare för att påskynda det långsamma, farlig uppgift att hitta landminor. Baur fastnade för forskningen hela vägen genom college; nu en student i vulkanologi vid Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory, han driver det fortfarande.
"Det verkade som en riktigt relevant och effektfull användning av vetenskap, " sa han. "Det har en humanitär aspekt, och det är definitivt det som motiverar mig i min forskning. "
Minor och andra oexploderade förordningar är ett globalt hot; cirka 100 miljoner enheter tros för närvarande spridas över dussintals länder. Bortsett från att sätta både krigstid och efterkrigstidens områden utanför gränserna för resor, jordbruk eller något annat, de orsakade minst 5, 500 registrerade skadade under 2019; antalet under många tidigare år har varit mycket högre. Cirka 80 procent av offren är civila, och av dem, nästan hälften är barn. Under det senaste decenniet har gruvor har placerats ut i minst 15 länder:Afghanistan, Colombia, Indien, Iran, Israel, Libyen, Myanmar, Nigeria, Nordkorea, Pakistan, Syrien, Thailand, Tunisien, Ukraina och Jemen. Detta, trots det faktum att mer än 160 nationer har undertecknat en konvention från 1997 för att förhindra att de lagras eller används (stora undantag:USA, Ryssland och Kina).
De som lägger gruvor kommer sällan tillbaka för att rensa dem. Det faller i allmänhet till ideella humanitära organisationer, som mest finner dem på gammaldags sätt:till fots, långsamt svepande misstänkta platser med magnetometrar eller andra handhållna instrument. Att hitta och avväpna en enda min tar mycket tid, och kostar uppskattningsvis $ 300 till $ 1, 000. "Och, självklart, det är farligt, "konstaterar Baur.
Ange allt mer prisvärda och sofistikerade drönare och miniatyriserade geofysiska sensorer. Binghamton-lagets första fokus:den ryska PFM-1-gruvan, en enhet bara fem tum bred, tillverkade till stor del av plast, och formad som en fjäril. Designad för att tappas ur luften i stort antal, de fladdrar försiktigt till marken som fågelflockar, och vänta på det oförsiktiga. Designad främst för att lemlästa, inte döda, de är svåra att upptäcka med en magnetometer, eftersom de innehåller lite metall. Och eftersom de liknar plastleksaker, många barn hanterar dem, och bli sprängd. De finns kvar i arsenalerna i olika länder, men Afghanistan är ground zero för dem. Uppskattningsvis 10 miljoner kan fortfarande kasta landet - många inte ens från de senaste striderna, men från den ryska ockupationen 1979-1989. De har dödat eller skadat mer än 30, 000 afghaner. På senare tid, de har dykt upp längs Ukrainas våldsamt omtvistade gräns mot Ryssland.
För att utföra experiment, laget köpte några dussin PFM-1 från en militär samlarplats-avväpnat förstås, deras explosiva vätskeinredning tömdes och fylldes på med en inert olja. De strödde gruvorna i en mängd olika landskap på campus och i närliggande Chenango Valley State Park, inklusive gräs, sand och snöig mark. Sedan skickade de upp drönare för att utforska olika sätt att upptäcka dem, visuellt eller på annat sätt. För att simulera den grusiga högberget afghanska terrängen där minorna oftast finns, de fick tillstånd från nationalparken att bryta en övergiven, delvis uppbruten gammal asfaltsparkering.
En fruktbar allé, de hittade, var termisk avbildning; tidigt på morgonen och i slutet av dagen, gruvorna värms upp eller svalnar med andra hastigheter än omgivande material. I tidiga försök, de visade att de kunde hitta ungefär tre fjärdedelar av PFM-1 genom att manuellt observera temperaturskillnader på en dator. De provade också synliga och infraröda ljusspektra för att upptäcka minorna visuellt, med liknande framgång. Teamet medger att detta inte är tillräckligt bra för att drönare ska ersätta marklag, men det kunde snabbt begränsa platser och layouter för gruvfält. (Flyger 10 meter över ytan, en drönare kan undersöka en 10-till-20-meters tomt, den typiska storleken på ett enda ellipsoidalt PFM-1-minfält, på tre och en halv minut.)
På senare tid, för att förbättra detekteringsgraden, teamet har börjat använda maskininlärning, träna sina datorer att känna igen olika minegenskaper och snabbt visa dem. I ett papper som just publicerats i Journal of Conventional Weapons Destruction under ledning av Baur och tidigare medstudent Gabriel Steinberg, de visar hur artificiell intelligens har gjort det möjligt för dem att öka den visuella detekteringsgraden till mer än 90 procent.
Gruppen har också tittat på att upptäcka traditionella nedgrävda metallgruvor, visar att drönare som bär aeromagnetiska instrument kan se några av dessa också, inklusive stora antitankminor. (Liksom många andra ammunition, dessa är också tillgängliga på militära överskottsplatser, De undersöker också hur man hittar oexploderade förordningar som skjuts från raketskjutare med flera fat.
Nu när han bedriver vulkanologi, Baur har kanske inte så mycket tid för gruvdrift. Arbetar under Lamont-Doherty vulkanolog Einat Lev, i somras reste han till Okmok Volcano, i Alaskas avlägsna aleutiska öar. Där, han arbetade på ett projekt för att installera geofysiska instrument på den mycket aktiva toppen för att mäta förändringar i marknivå, seismiska vågor och andra egenskaper, del av en bred, långsiktiga ansträngningar hos Lamont för att förfina den fortfarande grova vetenskapen om att förutsäga farliga utbrott.
Vad har vulkanologi med landminor att göra? Ingenting, säger han - och allt. Vissa instrument och dataanalystekniker som är användbara för att studera vulkaner liknar de som är användbara för att upptäcka minor. Och, alltmer, vulkanologer använder drönare för att undersöka platser som är för farliga för att gå till fots. Tillämpad vulkanologi, för, är som minröjning genom att det ytterst syftar till att hjälpa människor att undvika skador eller dödsfall.
Sålänge, Baur har bildat en organisation, den förminskande forskargruppen, med sina gamla professorer och Steinberg. De har varit i kontakt med bland andra, minröjningspersonal vid Röda Korset och FN. Olika organisationer har redan övervägt att använda drönare för att påskynda sitt arbete, men hittills har det varit lite annan publicerad forskning, och inget upptag. "Av mycket goda skäl, gruvbrytningsgemenskapen är mycket försiktig. De är ovilliga att acceptera nya metoder, "sa Baur." Så du måste verkligen konstatera att detta fungerar, och det kommer att ta tid. "
Än så länge, Baur har bara skymtat ett verkligt gruvfält, en markerad, under ett besök i Israel. Så småningom, han säger, "vi vill testa våra metoder på ett riktigt gruvfält. Du kan inte redogöra för allt du kan stöta på i en konstgjord miljö. Det finns mycket mer kaos i den verkliga världen."
Nu när talibanerna har tagit över Afghanistan, skulle han överväga att åka dit för att göra sin verkliga forskning? "Öh, nej. "Men det finns alltid Ukraina." Vi har några kontakter där, " han sa.
Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.
