Así ayudan las técnicas de reconocimiento de voz a predecir el comportamiento de los volcanes

Luciano Zuccarello creció a la sombra del Monte Etna, un volcán activo en la isla italiana de Sicilia. Granjas y huertos rodean las laderas más bajas del volcán, donde el suelo fértil es ideal para la agricultura. Pero el volcán ocupa un lugar destacado en la vida de los lugareños porque también es uno de los volcanes más activos del mundo.

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Más de 29 millones de personas en todo el mundo viven a 10 km de un volcán, y comprender el comportamiento de los volcanes, y poder predecir cuándo entrarán en erupción o arrojarán ceniza al aire, es vital para salvaguardar el bienestar de las personas. Sin embargo, predecir el comportamiento de los volcanes es difícil, especialmente si han estado inactivos, y monitorearlos puede ser un desafío, ya que tomar muestras o desplegar equipos presenta peligros físicos. Y aunque los modelos teóricos pueden aproximar cómo se comporta un volcán en particular dada su ubicación, composición geológica y el comportamiento del magma de la Tierra debajo de él (entre otras cosas), todavía hay muchas variables desconocidas, y cada volcán es único.

Ahora investigador de la Universidad de Granada en España, Zuccarello tiene como objetivo analizar automáticamente las actividades volcánicas para desarrollar modelos de alerta temprana que podrían salvar las vidas de las personas que viven cerca de los volcanes. En la última década, los métodos de recopilación de datos han mejorado significativamente, con equipos nuevos y más sensibles, y los investigadores ahora tienen acceso a una avalancha de datos sin precedentes. Por ejemplo, pueden acceder a información en tiempo real sobre cómo la Tierra se sacude en las proximidades del volcán (actividad sísmica), la propagación de ondas sonoras desde las profundidades de la Tierra y las sustancias químicas presentes dentro del volcán y cómo están cambiando. Los observatorios de volcanes necesitan analizar grandes cantidades de datos en un corto período de tiempo. "Hay una necesidad de técnicas más rápidas y sin errores para recopilar estos datos", dijo el experto.


Su proyecto VOLCANOWAVES, que incluye a investigadores con sede en España, Reino Unido, Italia, México y Argentina, utiliza el aprendizaje automático para identificar patrones en la actividad sísmica alrededor de un volcán en un esfuerzo por predecir cuándo o si hará erupción. En particular, Zuccarello está analizando los eventos de baja frecuencia, como los temblores volcánicos, que generalmente están relacionados con el movimiento del magma dentro de las tuberías de un volcán. Reconocimiento de voz En la última década, la aplicación del aprendizaje automático a la identificación de patrones ha sido integral en el reconocimiento de voz, pero los investigadores ahora lo están utilizando para pronosticar el comportamiento de los volcanes. "Aunque estos campos varían significativamente en términos de contexto y fuente, el objeto del análisis es el mismo: el estudio de sus armónicos a lo largo del tiempo en busca de patrones", dijo.


El resultado principal del proyecto será un conjunto de algoritmos, que se completarán cuando el proyecto finalice a finales de este año, y espera que se utilicen ampliamente en la comunidad científica para monitorear los volcanes en el día a día. "El habla y las señales sísmicas comparten propiedades importantes", comenta Guillermo Cortés, especialista en procesamiento de señales y aprendizaje automático de la Universidad de Udine en Italia. Dirigió un proyecto llamado VULCAN.ears, que también utilizó tecnología de reconocimiento de voz para comprender lo que dicen los volcanes.

 

Cortés y sus colegas desarrollaron un sistema de monitoreo de volcanes en tiempo real, que detecta y etiqueta automáticamente "eventos" volcánicos en los flujos de datos provenientes de las estaciones de monitoreo que detectan señales sísmicas. Este sistema luego crea catálogos de actividad para encontrar patrones de comportamiento. Roberto Carniel, geofísico de la Universidad de Udine y supervisor científico del proyecto, dice: “La llegada del aprendizaje automático y las técnicas aplicadas de aprendizaje profundo está descubriendo nuevas soluciones para viejos problemas. (Ahora) es más fácil mezclar resultados de varias áreas de monitoreo que involucran el estudio de señales sísmicas, señales infrasónicas, señales magnéticas, análisis geoquímico de gases y fluidos, deformación, cámaras térmicas y de video, para producir predicciones más sólidas y confiables ".


El equipo desarrolló un sistema de reconocimiento sísmico volcánico basado en aprendizaje automático supervisado, en el que analizaron datos que ya habían sido etiquetados por otros expertos, enseñando al software a identificar eventos volcánicos como temblores volcánicos, caída de cenizas o explosiones dentro del volcán. Este enfoque es similar a encontrar palabras en una conversación, etiquetar sus partes del habla y encontrar patrones de lenguaje únicos para cada volcán. Se trata de una ruptura con los métodos clásicos para construir catálogos del comportamiento de los volcanes, aclara Cortés. Estos métodos implican la detección automática de eventos y la clasificación manual por expertos. "Por lo general, realizan esta tarea a diario, lo que podría ser demasiado lento en una situación que involucra a una población en riesgo debido a una erupción inesperada", dice.

El tiempo puede ser esencial cuando se trata de volcanes, particularmente en caso de caída de cenizas, derrumbes y deslizamientos de tierra, dice. En esos casos, "la detección y clasificación en la operación en tiempo real es fundamental" para reducir el tiempo de toma de decisiones si las comunidades cercanas necesitan ser evacuadas.

El objetivo final de Cortés era desarrollar un sistema que sea universal e independiente de los volcanes que pudiera integrarse fácilmente en cualquier observatorio de volcanes. Para construir esto, los investigadores han creado una base de datos universal a partir de docenas de volcanes de todo el mundo y han utilizado sus técnicas de aprendizaje automático para construir modelos universales. Una versión preliminar está disponible online.

Sin embargo, para Carniel, lo importante ahora es que los observatorios volcánicos de todo el mundo hagan avanzar el trabajo. "Ellos son la verdadera clave para promover la idea independiente de los volcanes, instalando el sistema de reconocimiento sísmico volcánico en sus propios observatorios, compartiendo recursos y dando retroalimentación valiosa", dijo. Estos observatorios son, después de todo, la primera línea de los esfuerzos de los países para proteger a sus ciudadanos de los volcanes dentro de sus fronteras, y los científicos deben poder escuchar los susurros de los volcanes para predecir cuándo comenzarán a gritar.

 

 

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