تعتبر واحدة من أغرب مختبرات الاختبار في العالم تمتد فوق برينستون في نيوجيرسي. إنه كابل ألياف بصرية معلق بين ثلاثة أعمدة للخدمات العامة ثم يمتد تحت الأرض قبل أن يتغذى إلى “جهاز التحقيق”. يقوم هذا الجهاز بإطلاق ليزر عبر الكابل وتحليل الضوء الذي يعود. يمكنه التقاط التشويشات الصغيرة في هذا الضوء الناجمة عن النشاط الزلزالي أو حتى الأصوات العالية ، مثل مرور سيارة إسعاف. إنها تقنية حديثة تعرف باسم الاستشعار الصوتي الموزع أو DAS.
اكتشاف استخدام جديد للتكنولوجيا
نظرًا لأن DAS يمكن تتبع الزلازل ، يستخدمه العلماء المتزايدون بشكل متزايد لمراقبة الزلازل والنشاط البركاني. (النظام المدفون حساس للغاية ، بل يمكنه اكتشاف المشاة والسيارات أعلاه.) ولكن العلماء في برينستون عثروا بالصدفة على استخدام أكثر ضجيجًا للتكنولوجيا. في ربيع عام 2021 ، لاحظ ساربر أوزهارار – فيزيائي في مختبرات NEC ، التي تدير مختبر برينستون – إشارة غريبة في بيانات DAS. “أدركنا أن هناك أشياء غريبة تحدث” ، يقول أوزهارار. “شيء لا ينبغي أن يكون هناك. كان هناك تردد متميز في كل مكان”.
استخدام DAS في رصد الحشرات
أضف الحشرات إلى القائمة المتزايدة بسرعة للأشياء التي يمكن لـ DAS التجسس عليها. بفضل بعض التشريح المتخصص ، تعتبر الجراد أعلى الحشرات صوتًا على الكوكب ، ولكن جميع أنواع الحشرات ذات ستة أرجل تصدر الكثير من الضوضاء ، مثل الجراد والجراد. باستخدام كابلات الألياف البصرية ، قد يكون العلماء المتخصصون في الحشرات قد عثروا على طريقة جديدة وقوية للاستماع بشكل رخيص ومستمر إلى الأنواع – من بعيد. “جزء من التحدي الذي نواجهه في وقت تراجع الحشرات هو أننا لا نزال بحاجة إلى جمع البيانات حول حجم السكان وأنواع الحشرات ومواقعها” ، يقول وير. “بمجرد أن نتعرف على ما يمكن تحقيقه بهذا النوع من الاستشعار عن بُعد ، أعتقد أننا يمكن أن نكون مبدعين حقًا”.
كيف يعمل DAS في رصد الحشرات
تعتمد تقنية DAS على الاهتزازات ، سواء كانت أصواتًا لجرادة تغني أو تحركًا لعيب جيولوجي. تنقل كابلات الألياف البصرية المعلومات ، مثل الإنترنت عالي السرعة ، عن طريق إطلاق نبضات ضوء. يمكن للعلماء استخدام جهاز التحقيق لإشعاع ليزر عبر الكابل ثم تحليل كميات صغيرة من الضوء التي تعود إلى المصدر. نظرًا لأن سرعة الضوء ثابتة معروفة ، يمكنهم تحديد المكان الذي يحدث فيه اضطراب معين على طول الكابل: إذا حرك شيء الكابل 100 قدم ، فسيستغرق الضوء وقتًا أطول بقليل للعودة إلى الجهاز من شيء يحدث عند 50 قدمًا. “يمكننا تحويل كل متر من الألياف ، تقريبًا ، إلى نوع من الميكروفون” ، يقول أوزهارار.
استخدام DAS في رصد جراد البحر
ركز فريق أوزهارار على حلقة من الكابل في أعلى أحد أعمدة الخدمة العامة ، والتي يمكنك رؤيتها في الصورة أعلاه. (تم تمييز الحلقة باللون الأحمر.) “إذا كانت الألياف في شكل خطي ، فإن الصوت يتفاعل مع الألياف مرة واحدة ثم يستمر في السفر” ، يقول أوزهارار. “ولكن إذا كان لديك لفة ، فإن نفس الإشارة تسافر عدة مرات عبر الألياف.” هذا يجعل النظام أكثر حساسية بكثير ، مثل تسجيل حفلة موسيقية بوجود ميكروفونات متعددة ، بدلاً من معجب واحد في الحشد يسجلها بواسطة هاتفه الذكي.
استخدام DAS في رصد الجراد
عندما ظهرت جرادة البحر في ربيع عام 2021 ، كان نظام DAS لأوزهارار يستمع بالصدفة. هذا النوع من “جراد البحر الدوري” يتطور تحت الأرض ويظهر كل 13 أو 17 عامًا للتزاوج ، اعتمادًا على النوع. “بسبب التغير المناخي ربما – على الرغم من أننا لسنا متأكدين بالضبط من السبب – كان هناك بعض المتأخرين ، لذا تمت زيارة السكان الذين خرجوا مبكرًا والسكان الذين خرجوا في وقت لاحق مما كانوا موقتيًا مبرمجين للقيام به” ، يقول وير. “أن يكون لديك وسيلة لمراقبة هذه الفترة الزمنية يمكن أن يكون مفيدًا حقًا”.
استخدام DAS في رصد الحشرات
يحتوي الجراد الذكر على عضو يسمى الطبلة ، والذي يهتز مثل طبلة لإنتاج الأغنية اللافتة للنظر. لكل نوع من الأنواع تغنيتها الخاصة ، مما يتيح للذكور والإناث المناسبين العثور على بعضهم البعض. هناك معلومات إضافية مضمنة في هذا الصوت أيضًا: يميل الذكور إلى النداء خلال أكثر وقت ساخن في اليوم ، وهو أمر يتطلب طاقة. يتيح ذلك للإناث تقييم جودة شركائهم – يرغبن في اختيار الذكور الأكثر لياقة حتى يتمكنوا من تمرير الجينات الأفضل إلى نسلهم.
استخدام DAS في رصد الجراد
يمكن لـ DAS الاستماع من البداية المطلقة للظهور من خلال الذروة وحتى الانخفاض مع تراجع الاحتفال الجماعي للتزاوج. يعد حجم الضوضاء مؤشرًا قويًا على عدد الجراد ، لذا يمكن لعلماء الحشرات تحديد حجم سكان الجرادة. يمكنهم حتى رؤية تأثير درجة الحرارة: عندما يكون الطقس أكثر حرارة ، يكون من الأصعب على الجراد الذكور الغناء. “يمكنك أن ترى ذلك عندما تمر عبر الأيام الخمسة التي لدينا فيها بيانات المراقبة ، عندما تكون درجات الحرارة أبرد قليلاً لديهم ترددات مختلفة قليلاً في هرتز النداء” ، يقول وير.
استخدام DAS في رصد الحشرات
توجد كابلات الألياف البصرية بالفعل في كل مكان ، في انتظار العلماء للاستفادة منها. فهي وفيرة في المدن ، بالطبع ، ولكنها تعمل أيضًا بينها ، مما يكون مفيدًا لعلماء الحشرات الذين يرغبون في مراقبة الحشرات في المناطق الريفية. “نستخدمها فقط لنقل البيانات – الأصفار والواحدات – ولكن يمكننا أن نفعل أكثر من ذلك” ، يقول أوزهارار. “لهذا السبب ستصبح الاستشعار بالألياف أكثر أهمية واستخدامًا على نطاق واسع في المستقبل القريب”.
استخدام DAS في رصد الحشرات
ولكن لا أحد يقترح أن DAS سيحل محل طرق أخرى لرصد الحشرات – فالألياف البصرية واسعة الانتشار ، لكنها ليست في كل مكان. بدلاً من ذلك ، يمكن لـ DAS أن يكمل التقنيات الأخرى. تستخدم مجال البيوأكوستيك بالفعل الميكروفونات للاستماع إلى الأنواع في المناطق النائية ، مساعدةً أحيانًا بواسطة الذكاء الاصطناعي لتحليل البيانات. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في تأكيد البيانات القادمة من الألياف البصرية. يقوم العلماء أيضًا بتجربة “الحمض النووي البيئي” أو eDNA ، على سبيل المثال باستخدام محطات جودة الهواء لجمع المواد البيولوجية المطفوعة في منطقة معينة. ومثل وير ، لا يزال علماء الحشرات بحاجة إلى جمع عينات من الميدان لفحص صحة الحيوانات الفردية.
استخدام DAS في رصد الحشرات
“ما يبدو رائعًا حقًا في هذه التكنولوجيا الجديدة هو أن لديك كابل واحد يمكن أن يغطي على مسافة كيلومترات عديدة ، ويتم تسجيل جميع المعلومات بواسطة جهاز واحد” ، يقول إليوت سميدس ، عالم حشرات وباحث مشارك في أكاديمية علوم كاليفورنيا ، الذي لم يشارك في البحث. “خاصة الآن أن الحشرات تتراجع ، ندرك أننا لا نعرف حتى ما هو القاعدة للعديد من هذه الأنواع ، لتتبع كيفية تقدمها. أكبر عقبة هي وجود عدد كافٍ من الأشخاص لجمع هذا النوع من البيانات”.
تحديات استخدام DAS في رصد الحشرات
سيكون التحدي في تكييف DAS لرصد الأنواع التي ليست أعلى الحشرات على وجه الأرض. “في هذه الحالة ، كان من الواضح جدًا أن هذه كانت جرادة ، لأن هناك – بدون مبالغة – ملايين منهم هبطوا فجأة” ، يقول وير. “ولكن في معظم الحالات ، تكون السكان أصغر بكثير لكل نوع. معرفة ما إذا كنا نستطيع فعل ذلك بالفعل التمييز بين الحشرات سيكون سؤالًا مثيرًا للاهتمام”.
هذه القصة ظهرت أولاً على wired.com.
اترك تعليقاً