Прислушиваясь к акустическому сигналу, излучаемому землетрясением, созданным в лаборатории, компьютерный подход, использующий машинное обучение, может предсказать время, оставшееся до того, как неисправность выйдет из строя.
«В любой момент шум, исходящий из зоны разлома в лаборатории, дает количественную информацию о том, когда разлом исчезнет», - сказал Пол Джонсон, сотрудник Лос-Аламосской национальной лаборатории и ведущий исследователь исследования, которое было опубликовано. сегодня в письмах о геофизических исследованиях.
Новинка нашей работы заключается в использовании машинного обучения для обнаружения и понимания новой физики разрушения путем изучения записанного звукового сигнала от экспериментальной установки. Я думаю, что будущее физики землетрясений будет в значительной степени зависеть от машин. учится обрабатывать огромные объемы необработанных сейсмических данных. Наша работа представляет собой важный шаг в этом направлении», - сказал он.
Мало того, что работа имеет потенциальное значение для прогнозирования землетрясений, сказал Джонсон, но этот подход имеет далеко идущие последствия, применимые потенциально ко всем сценариям отказов, включая неразрушающие испытания промышленных материалов, хрупкие разрушения всех видов, лавины и другие события..
Машинное обучение - это подход искусственного интеллекта, позволяющий компьютеру учиться на новых данных, обновляя свои собственные результаты, чтобы отразить значение новой информации.
Техника машинного обучения, используемая в этом проекте, также идентифицирует новые сигналы, ранее считавшиеся низкоамплитудными шумами, которые предоставляют прогнозную информацию на протяжении всего цикла землетрясений.«Эти сигналы напоминают земные толчки, возникающие в связи с медленными землетрясениями на тектонических разломах в нижней части земной коры», - сказал Джонсон. «Есть основания ожидать таких сигналов от разломов Земли в сейсмогенной зоне для медленно проскальзывающих разломов».
Алгоритмы машинного обучения могут с поразительной точностью прогнозировать время отказа лабораторных землетрясений. Сигнал акустической эмиссии (АЭ), характеризующий мгновенное физическое состояние системы, надежно предсказывает отказ в далеком будущем. Джонсон отметил, что это неожиданность, так как во всех предшествующих работах предполагалось, что важен только каталог крупных событий, а небольшими флуктуациями в сигнале АЭ можно пренебречь.
Чтобы изучить это явление, команда проанализировала данные из лабораторной системы разломов, которая содержит разломные выбоины, материал, образованный каменными блоками, скользящими друг мимо друга. Акселерометр зафиксировал акустическую эмиссию, исходящую от сдвигающих слоев.
После фрикционного разрушения во время лабораторного землетрясения блок сдвига перемещается или смещается, в то время как материал выемки одновременно расширяется и укрепляется, о чем свидетельствует заметное увеличение напряжения сдвига и трения. «По мере того, как материал приближается к разрушению, он начинает демонстрировать характеристики режима критического напряжения, включая множество небольших разрушений при сдвиге, которые излучают импульсную акустическую эмиссию», - описал Джонсон..
«Это нестабильное состояние завершается фактическим лабораторным землетрясением, при котором сдвигающий блок быстро смещается, трение и напряжение сдвига резко уменьшаются, а слои выемки одновременно уплотняются», - сказал он. В широком диапазоне условий аппарат довольно регулярно проскальзывает в течение сотен циклов нагрузки в течение одного эксперимента. И что важно, сигнал (из-за шлифовки и скрипа, которые в конечном итоге приводят к импульсивным предшественникам) позволяет делать прогнозы в лаборатории, и мы надеемся, что это приведет к прогрессу в прогнозировании на Земле, сказал Джонсон.