Extendiéndose miles y miles de kilómetros bajo tus pies, una red de orejas fibrosas escucha. Ya sea que camines sobre fibras ópticas enterradas o conduzcas un automóvil sobre ellas, la actividad sobre el suelo crea una vibración característica que perturba ligeramente la forma en que la luz viaja a través de los cables. Con el equipo adecuado, los científicos pueden analizar esa perturbación para identificar cuál fue la fuente y cuándo exactamente estuvo deambulando por allí.
Esta técnica de rápida proliferación se conoce como detección acústica distribuida, o DAS, y es tan sensible que los investigadores la utilizaron recientemente para monitorear la cacofonía de la aparición masiva de cigarras. Otros están utilizando los cables como un instrumento ultrasensible para detectar erupciones volcánicas y terremotos: a diferencia de un sismómetro tradicional atrapado en un lugar, una red de cables de fibra óptica puede cubrir un paisaje completo, proporcionando detalles sin precedentes de los ruidos de la Tierra en diferentes lugares.
Ahora los científicos están experimentando con llevar el DAS a un ferrocarril cercano. Cuando un tren circula a lo largo de una sección de vía, crea vibraciones que los analistas pueden monitorear con el tiempo; si esa señal cambia repentinamente, podría indicar un problema con el riel, como una grieta o una traviesa rota. O si en un paso de montaña un desprendimiento de rocas atraviesa la vía, el DAS podría “escucharlo” también, advirtiendo a los operadores ferroviarios de un problema que los ojos humanos aún no habían vislumbrado. Los cambios más graduales en la señal podrían revelar el desarrollo de fallas en la alineación de la vía.
Da la casualidad de que en muchas vías ferroviarias ya circulan cables de fibra óptica para conectar todos los equipos de señalización o para telecomunicaciones. «Para ello se utilizan las instalaciones y la infraestructura ya disponibles, lo que puede reducir el coste», afirma el ingeniero Hossein Taheri, que estudia DAS para ferrocarriles en la Universidad del Sur de Georgia. “Podría haber algunos ferrocarriles en los que no tengan fibra y sea necesario descansar. Pero sí, la mayoría, normalmente ya lo tienen”.
Para acceder a esa fibra, se necesita un dispositivo llamado interrogador, que dispara pulsos láser a lo largo de los cables y analiza los pequeños fragmentos de luz que rebotan. Entonces, digamos que una piedra golpea la pista a 20 millas del interrogador. Esto crea una vibración característica del suelo que perturba la fibra óptica cerca de la vía y que se refleja en la señal luminosa. Como los científicos conocen la velocidad de la luz, pueden medir con precisión el tiempo que tardó esa señal en regresar a su interrogador, señalando la distancia hasta la perturbación con una precisión de 10 metros, o aproximadamente 30 pies.
Para un tramo de vía determinado, ya habría analizado las señales DAS durante un período de tiempo, creando un perfil de vibración para un ferrocarril normal y saludable. Cuando los datos del DAS de repente comienzan a mostrar algo diferente, es posible que tenga un problema, que se muestra como un electrocardiograma que detecta un problema con los latidos del corazón humano. «Lo que estamos haciendo es perfilar la vía, buscando cambios en la firma acústica», dice Daniel Pyke, experto en ferrocarriles y portavoz de Sensonic, que desarrolla tecnología DAS para ferrocarriles. “Sabemos qué pista debería suena como, sabemos lo que es un tren debería suena como. Y sabemos que si está cambiando, digamos que esta articulación se está aflojando, es necesario que alguien vaya y lo arregle antes de que se convierta en un problema”.
Pyke dice que el sistema de Sensonic puede monitorear un rastro de 40 kilómetros (25 millas) en cualquier dirección desde su interrogador. Añade que este tipo de sistema que funciona continuamente podría reducir el trabajo humano necesario para inspeccionar las vías del ferrocarril en todo el mundo, un trabajo peligroso dadas las enormes máquinas que circulan por ahí. Si alguien está excavando en los cables en busca de cobre para vender, Sensonic también puede detectarlo, o incluso si la gente simplemente pasa caminando, invadiendo las vías.
Lo más extraño aún es que en la India Sensonic ha estado detectando huellas de elefantes cerca de las vías del tren, tanto para proteger a las especies como a los pasajeros de un tren. Eso activaría una alarma para alertar al personal de una posible colisión. «Tuvimos que contratar un elefante y pasear por el ferrocarril», dice Pyke. «Fue uno de los gastos más interesantes que jamás haya presentado».
El desafío es que DAS produce casi también muchos datos. En lugar de un solo sensor ubicado en un punto a lo largo de una vía, este se extiende a grandes distancias a lo largo del riel. Por lo tanto, los datos llegan desde 40 metros por el cable de fibra óptica y desde 40 kilómetros de distancia, y cada pequeño punto intermedio, durante todo el día y la noche. “Los archivos que generas son enorme, por lo que tendrás que utilizar el aprendizaje automático para automatizarlo”, afirma David Milne, ingeniero de investigación de la Universidad de Southampton, que estudia DAS y ferrocarriles. “Habrá muchísimos datos. Si no tienes una computadora que te ayude, no creo que sea manejable ni económico”.
Sensonic dice que ha entrenado a la IA con datos ferroviarios reales para reconocer un evento como un desprendimiento de rocas entre todo el ruido. Entonces, una alerta enviada a los operadores ferroviarios tiene un tamaño de apenas kilobytes. «Los modelos de aprendizaje automático e inteligencia artificial utilizados para identificar estos eventos se perfeccionan continuamente para mejorar su sensibilidad y reducir las falsas alarmas», dice Pyke.
Aún es temprano en el uso de DAS para una variedad de aplicaciones, incluidos los ferrocarriles, por lo que los investigadores todavía están perfeccionando estos sistemas. «La detección acústica distribuida es un área que los proveedores y transportistas están explorando para ver si puede avanzar significativamente en los objetivos de seguridad», dice Jessica Kahanek, portavoz de la Asociación de Ferrocarriles Estadounidenses. «Cuando los ferrocarriles prueban nuevas tecnologías, buscan ver no sólo si funcionan en un laboratorio sino también si pueden funcionar cuando se exponen a las duras realidades operativas de una red al aire libre que se extiende por todo el continente».
Cualquiera que sea el caso de uso, escuchará mucho más sobre DAS en los próximos años, a medida que la tecnología «escuche» un número creciente de perturbaciones en la superficie.