Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Lingkungan

Fisika aliran dapat membantu peramal memprediksi peristiwa ekstrem – ScienceDaily


Sekitar 1.000 tornado menghantam Amerika Serikat setiap tahun, menyebabkan kerusakan miliaran dolar dan rata-rata menewaskan sekitar 60 orang. Data pelacakan menunjukkan bahwa mereka menjadi semakin umum di tenggara, dan lebih jarang di “Tornado Alley,” yang membentang di Great Plains. Ilmuwan tidak memiliki pemahaman yang jelas tentang bagaimana tornado terbentuk, tetapi tantangan yang lebih mendesak adalah mengembangkan sistem prediksi dan peringatan yang lebih akurat. Ini membutuhkan keseimbangan yang baik: Tanpa peringatan, orang tidak dapat berlindung, tetapi jika mereka mengalami terlalu banyak alarm palsu, mereka akan menjadi tidak aman.

Salah satu cara untuk meningkatkan alat prediksi tornado mungkin dengan mendengarkan dengan lebih baik, menurut insinyur mekanik Brian Elbing di Oklahoma State University di Stillwater, di jantung Tornado Alley. Dia tidak bermaksud suara apa pun yang terdengar di telinga manusia. Sejak tahun 1960-an, para peneliti melaporkan bukti bahwa tornado mengeluarkan suara khas pada frekuensi yang berada di luar jangkauan pendengaran manusia. Orang dapat mendengar hingga sekitar 20 Hertz – yang terdengar seperti gemuruh pelan – tetapi lagu tornado kemungkinan besar jatuh di antara 1 dan 10 Hertz.

Brandon White, seorang mahasiswa pascasarjana di lab Elbing, membahas analisis terbaru mereka tentang tanda infrasonik tornado pada Pertemuan Tahunan ke-73 Divisi Dinamika Fluida American Physical Society.

Elbing mengatakan tanda tangan infrasonik ini tampak seperti jalan penelitian yang menjanjikan, setidaknya sampai radar muncul sebagai teknologi terdepan untuk sistem peringatan. Pendekatan berbasis akustik mengambil kursi belakang selama beberapa dekade. “Sekarang kami telah membuat banyak kemajuan dengan sistem radar dan pemantauan, tetapi masih ada batasan. Radar memerlukan pengukuran garis pandang.” Tapi jarak pandang bisa jadi rumit di tempat berbukit seperti Tenggara, di mana sebagian besar kematian tornado terjadi.

Mungkin sudah waktunya untuk meninjau kembali pendekatan akustik tersebut, kata Elbing. Pada 2017, kelompok risetnya merekam semburan infrasonik dari supercell yang menghasilkan tornado kecil di dekat Perkins, Oklahoma. Ketika mereka menganalisis data, mereka menemukan bahwa getaran dimulai sebelum tornado terbentuk.

Para peneliti masih sedikit mengetahui tentang dinamika fluida tornado. “Sampai saat ini ada delapan pengukuran tekanan yang dipercaya di dalam tornado, dan tidak ada teori klasik yang memprediksinya,” kata Elbing. Dia juga tidak tahu bagaimana suara itu dihasilkan, tetapi mengetahui penyebabnya tidak diperlukan untuk sistem alarm. Ide sistem berbasis akustik sangatlah mudah.

“Jika saya menjatuhkan gelas di belakang Anda dan kaca itu pecah, Anda tidak perlu berbalik untuk mengetahui apa yang terjadi,” kata Elbing. “Suara itu memberi Anda gambaran yang baik tentang lingkungan terdekat Anda.” Getaran infrasonik dapat bergerak dalam jarak jauh dengan cepat, dan melalui media yang berbeda. “Kami bisa mendeteksi tornado dari jarak 100 mil.”

Anggota kelompok penelitian Elbing juga menggambarkan susunan sensor untuk mendeteksi tornado melalui akustik dan mempresentasikan temuan dari studi tentang bagaimana getaran infrasonik berjalan melalui atmosfer. Pekerjaan pada tanda tangan tornado infrasonik didukung oleh hibah dari NOAA.

Sesi lain selama pertemuan Divisi Dinamika Fluida juga membahas cara-cara yang sama untuk mempelajari dan memprediksi peristiwa ekstrem. Selama sesi tentang dinamika nonlinier, insinyur MIT Qiqi Wang meninjau kembali efek kupu-kupu, fenomena terkenal dalam dinamika fluida yang menanyakan apakah kupu-kupu yang mengepakkan sayapnya di Brasil dapat memicu tornado di Texas.

Apa yang tidak jelas adalah apakah sayap kupu-kupu dapat menyebabkan perubahan statistik iklim dalam jangka panjang. Dengan menyelidiki pertanyaan secara komputasi dalam sistem kecil yang kacau, dia menemukan bahwa gangguan kecil memang dapat mempengaruhi perubahan jangka panjang, sebuah temuan yang menunjukkan bahkan upaya kecil dapat menyebabkan perubahan yang langgeng dalam iklim sistem.

Dalam sesi yang sama, insinyur mekanik Antoine Blanchard, peneliti postdoctoral di MIT, memperkenalkan algoritme pengambilan sampel cerdas yang dirancang untuk membantu mengukur dan memprediksi peristiwa ekstrem – seperti badai atau siklon ekstrem, misalnya. Peristiwa ekstrim terjadi dengan probabilitas rendah, katanya, dan karena itu membutuhkan data dalam jumlah besar, yang bisa mahal untuk dihasilkan, secara komputasi atau eksperimental. Blanchard, yang berlatar belakang dinamika fluida, ingin menemukan cara untuk mengidentifikasi pencilan secara lebih ekonomis. “Kami mencoba untuk mengidentifikasi negara-negara berbahaya itu dengan menggunakan simulasi sesedikit mungkin.”

Algoritme yang dia rancang adalah semacam kotak hitam: Setiap status dinamis dapat dimasukkan sebagai input, dan algoritme akan mengembalikan ukuran bahaya dari status tersebut.

“Kami mencoba menemukan pintu menuju bahaya. Jika Anda membuka pintu itu, apakah sistem akan tetap diam, atau akan menjadi gila?” tanya Blanchard. “Apa keadaan dan kondisi – seperti kondisi cuaca, misalnya – yang jika Anda berevolusi dari waktu ke waktu dapat menyebabkan topan atau badai?”

Blanchard mengatakan dia masih menyempurnakan algoritme tetapi berharap dapat mulai menerapkannya ke data nyata dan eksperimen skala besar segera. Dia juga mengatakan itu mungkin memiliki implikasi di luar cuaca, dalam sistem apa pun yang menghasilkan peristiwa ekstrem. “Itu algoritma yang sangat umum.”

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Pengeluaran SGP