פרויקט מחקר אירופי פורץ דרך מציע שימוש חדשני בתשתית הסיבים האופטיים – לא רק להעברת נתונים, אלא גם לזיהוי זיהום אוויר, גזי חממה ואירועים סייסמיים – והכול בזמן אמת וללא פגיעה בתפקוד התקשורתי של הרשת.
בזמן שבעולם גוברת הדאגה מהשפעות שינויי האקלים, מזיהום האוויר הגובר במטרופולינים ועד התפרצויות געשיות פתאומיות ורעידות אדמה קטלניות, עולה הצורך הדחוף בטכנולוגיות ניטור חכמות, רציפות, ואמינות. מדענים מרחבי אירופה מבקשים להציע פתרון שאפתני, אך מבוסס – להפוך את תשתיות הסיבים האופטיים הקיימות, המשתרעות לאורך למעלה מחמישה מיליארד קילומטרים מתחת לפני הקרקע והים, לרשת חישה סביבתית עצומה ובלתי נראית לעין.
הפרויקט החדש, הקרוי GASPOF – ראשי תיבות של Pervasive Gas Sensing Using Optical Fibres – ממומן על ידי הנציבות האירופית בהיקף של 3.5 מיליון אירו, ומתבצע במסגרת שותפות הפוטוניקה האירופית (Photonics21). מטרתו: לשלב טכנולוגיות חישה פוטוניות מתקדמות בתשתיות תקשורת קיימות, ובכך לנטר בזמן אמת מזהמים סביבתיים, לשפר את בטיחות הצנרת התעשייתית, ולהוות מערכת התראה מוקדמת לאסונות טבע.
מעבר מחישה פיזיקלית לחישה כימית בתוך הסיב האופטי
בעוד שכבלי סיבים אופטיים יכולים, במקרים מסוימים, לזהות שינויים פיזיים כמו חום או תנודות קרקע, פרויקט GASPOF מבקש להרחיב את יכולותיהם באופן משמעותי – כך שיוכלו גם “להריח” את הסביבה הכימית: לזהות נוכחות של גזים כמו פחמן דו-חמצני (CO2), מתאן (CH4), חד-תחמוצת הפחמן (CO), וגופרית דו-חמצנית (SO2), תוך שמירה על זרימת המידע התקינה בכבל.
לצורך כך, משולבות בפרויקט שלוש טכנולוגיות חישה מתקדמות:
- Photoacoustic Spectroscopy (PTS)- שיטה בה נמדדים גלי קול הנוצרים עקב בליעת אור לייזר על ידי מולקולות גז.
- Laser Heterodyne Radiometry (LHR)- טכניקה מדויקת למדידת ריכוזי גזים על פי ספקטרום הבליעה שלהם באור קוהרנטי.
- Coherent Optical Time-Domain Reflectometry (OTDR)- שיטה מבוססת סיבים אופטיים לזיהוי שינויים פיזיקליים לאורכם, כולל רעידות אדמה ושינויי טמפרטורה.
שילוב השיטות הללו מאפשר לא רק לנטר רמות מזהמים, אלא גם להבין את מקורם, את התפשטותם במרחב, ולהצליב את המידע עם נתונים סייסמיים וטמפרטוריים – כל זאת, מבלי להתקין חיישנים חדשים או להניח תשתיות חשמל נוספות.
שימושים יישומיים: מארבע ערים ועד להר געש
במהלך ארבע שנות הפרויקט, תיבחן המערכת בארבעה ניסויי שטח מגוונים ברחבי אירופה, אשר כל אחד מהם מדגיש אספקט אחר של החישה הסביבתית:
- ניטור גזי חממה בערים – ברצלונה שבספרד וסלוניקי שביוון ישמשו כערים ניסיוניות לניטור בזמן אמת של CO2 ומתאן ממקורות תחבורתיים ותעשייתיים. מטרת הניסוי היא לבחון כיצד תשתית הסיבים העירונית יכולה לשמש מערכת תומכת מדיניות עירונית.
- איכות אוויר בתוך מבנים – במעבדת Sense City בצרפת, תותקן המערכת לצורך ניטור זיהומים פנימיים באוויר כמו פורמלדהיד ותרכובות אורגניות נדיפות, הקשורות לבעיות בריאותיות חמורות. זו הדגמה ליכולת ליישם את הטכנולוגיה לא רק באוויר הפתוח אלא גם בסביבות סגורות.
- ניטור פעילות געשית וסייסמית – באיים הקנריים תורכב מערכת משולבת שתזהה עלייה בטמפרטורה, נוכחות גזים ורטט סייסמי – שילוב שעשוי לאפשר חיזוי מדויק יותר של התפרצויות געשיות והתרעה לציבור.
- בטיחות צנרת ואיתור דליפות – ביוון תורכב מערכת לאורך תוואי צנרת גז טבעי, לזיהוי דליפות מתאן – מהלך שיש לו השלכות סביבתיות וכלכליות משמעותיות.
אתגר טכנולוגי עם פוטנציאל אדיר
“דמיינו תשתית תקשורת עירונית שמבצעת בו-זמנית גם העברת מידע וגם ניטור סביבתי חכם, ללא כל הפרעה,” אומר ד”ר אלסנדרו ג’יוסטי, ראש הקונסורציום המדעי של הפרויקט. “במקום להניח חיישנים חדשים בכל מקום, אנו מציעים לנצל את מה שכבר קיים – ולהפוך אותו לשומר סביבתי פאסיבי אך חכם.”
עם זאת, הוא מדגיש את האתגר ההנדסי: שילוב רכיבי חישה בסיבים קיימים מבלי לפגוע בביצועי הרשת, דורש איזון עדין בין דיוק טכנולוגי, עלות, והתאמה לתשתיות מגוונות. בנוסף, יש צורך לפתח סטנדרטים חדשים שיאפשרו הפצה רחבה של הטכנולוגיה.
קונסורציום בינלאומי – מדע, תעשייה וחדשנות
GASPOF מובל על ידי CY.R.I.C – מרכז המחקר והחדשנות של קפריסין, וכולל שותפים מפתח מכל רחבי היבשת: חברת ADTRAN Networks מגרמניה, אוניברסיטת גוסטב אייפל בצרפת, אוניברסיטת קרלוס השלישי ממדריד, אוניברסיטת TU וינה, האוניברסיטה האוטונומית של ברצלונה, המועצה הספרדית הלאומית למחקר (CSIC), וחברת LANCOM – ספקית רשתות מיוון.
שיתוף הפעולה ההדוק בין גופי תעשייה, אקדמיה ורשויות ציבוריות, מבטיח שהפיתוח לא יישאר ברמת מעבדה בלבד, אלא יוביל לשימושים פרקטיים בתחומי האנרגיה, הערים החכמות, הסביבה והתחבורה.
מבט לעתיד: תשתית חכמה, סביבה בטוחה
עם סיום מתוכנן בשנת 2028, GASPOF צפוי להניח את התשתית לגל חדש של פתרונות ניטור סביבתי מבוססי פוטוניקה, שאינם דורשים פריסה פיזית נרחבת או השקעות תשתית מסורבלות. בעולם בו התשתיות מתוחכמות אך התקציבים מוגבלים, זהו פתרון מדויק, חסכוני ובר-קיימא.
ייתכן שבעתיד הלא רחוק, כל סיב אופטי תת-קרקעי יהפוך לכלי ניטור סביבתי שקט, שיעקוב אחר איכות האוויר, פעילות טקטונית, ובטיחות תעשייתית – מבלי שנרגיש בכך כלל.
