Linux Foundation e IBM Apoiam OpenEEW: Solução IoT de Baixo Custo para Alerta Antecipado de Terremotos

A Linux Foundation anunciou sua parceria com a IBM para apoiar o projeto OpenEEW da Grillo, um framework unificado projetado para agilizar a adoção de sistemas de alerta antecipado de terremotos (EEW). A iniciativa agrupa as soluções EEW end-to-end da Grillo, que integram detecção sísmica, análise em tempo real e alertas comunitários. OpenEEW foi concebido pela Grillo com apoio da IBM, USAID, Fundação Clinton e Arrow Electronics.

Um sistema EEW entrega alertas em tempo real antes do tremor, mas apenas um punhado de instituições se aventurou a construir tais soluções devido aos custos íngremes de sismômetros convencionais, infraestrutura telecom especializada e software bespoke.

A estratégia da Grillo alavanca uma arquitetura Internet-of-Things (IoT), harmonizando hardware, firmware e expertise para cortar custos. Desde 2017, a equipe Grillo implantou redes EEW baseadas em IoT no México e Chile, transmitindo alertas públicos via Twitter, app móvel dedicado e unidades de alarme físicas.

"A velocidade depende da distância do terremoto ao usuário," disse Andres Meira, CEO na Grillo. "Uma vez que um sensor detecta um terremoto, ele é processado em milissegundos e o alerta enviado a usuários próximos. Se um usuário está a centenas de quilômetros do terremoto, eles podem ter um minuto ou mais/menos para se preparar antes de sentir o tremor. Se o terremoto é muito próximo, podem ter apenas alguns segundos. De qualquer forma, isso pode ser útil, por exemplo, em escolas onde crianças podem se abrigar sob uma mesa."

Detecção de Terremotos

Um terremoto é a liberação súbita de energia na crosta terrestre, tipicamente em um foco (hipocentro), que gera vibrações no solo. A intensidade destas oscilações determina o dano potencial, especialmente a estruturas que não atendem padrões de resistência sísmica.

Embora o timing preciso de um terremoto permaneça imprevisível, tecnologia pode fornecer lead time acionável ao público. Muitos países já implantam sistemas EEW que entregam alertas a smartphones, visando mitigar baixas e danos estruturais.

Uma plataforma EEW estima a intensidade e tempo de chegada antecipados analisando dados em tempo real de sismógrafos posicionados perto do epicentro. O objetivo do sistema é reduzir danos acionando contramedidas automatizadas — desacelerando trens, desligando elevadores — e dando indivíduos minutos para ação protetora em escolas, locais de trabalho e lares.

Crescimento urbano rápido e dependência de redes de telecom e transporte sofisticadas sublinham a necessidade de capacidade de alerta antecipado em escala populacional. Implantar um sistema EEW é fundamental para transformar a natureza desconhecida e caótica de terremotos em eventos previsíveis e gerenciáveis, aumentando assim a segurança pública.

Alerta antecipado pode ser efetivo porque dados viajam quase instantaneamente através de redes digitais, enquanto ondas sísmicas propagam a 1-7 km/s (ondas P, S e superficiais). Consequentemente, o aviso pode chegar segundos a minutos antes do tremor atingir áreas densamente povoadas.

Um terremoto gera vários tipos de ondas — P (primárias), S (secundárias) e superficiais (Rayleigh e Love) — que irradiam do epicentro. A onda P mais rápida e de menor amplitude atinge sensores próximos primeiro, disparando alertas antecipados que permitem ações protetoras antes das ondas S e superficiais mais lentas e destrutivas chegarem.

A capacidade de enviar adequadamente o aviso antes do evento sísmico requer algumas soluções técnicas importantes:

• uma rede de sensores para ter mais dados para analisar;
• uma zona de processamento de dados robusta e eficiente;
• algoritmos de computador para estimar rapidamente localização, tempo e mapa do evento.

Linux Foundation e Grillo

Terremotos afetam desproporcionalmente nações em desenvolvimento onde códigos de construção e infraestrutura são mais fracos. Embora alertas EEW existam em lugares como México, Japão, Coreia do Sul e Taiwan, quase três bilhões de pessoas permanecem sem acesso. OpenEEW busca baixar o custo de EEW, acelerar implantação global e, por fim, salvar vidas.

A arquitetura OpenEEW funde três elementos centrais de IoT: (1) hardware e firmware de sensor que capturam e transmitem movimento do solo em milissegundos; (2) stacks de sensoriamento em tempo real implantáveis em qualquer coisa de clusters Kubernetes a single-board computers; e (3) apps user-facing que entregam alertas a smartphones, wearables ou hardware custom. O ecossistema open-source impulsiona progresso em design de sensores, algoritmos de detecção e entrega de notificações.

"Com OpenEEW você pode ou fabricar seus próprios sensores a partir de nossos esquemáticos ou comprar uma unidade pré-montada," diz CEO Andres Meira. "Nossos sensores empregam um acelerômetro MEMS moderno com características de ruído muito abaixo das encontradas em smartphones, gerando dados de alta qualidade que são streamed para a nuvem ou servidor privado. O firmware garante operação confiável e contínua, e os sensores têm rodado ininterruptos em áreas remotas do México e Chile desde 2017."

O firmware continuamente calibra para remover offsets do sensor e aplica filtragem básica. Na nuvem — ou, em futuros lançamentos de firmware, no edge — nosso motor de detecção usa algoritmos como Short-Term/Long-Term Average (STA/LTA) e cross-correlation entre múltiplos sensores para eliminar falsos positivos.

Construído sobre microcontrolador ESP32, o sensor pode ler o acelerômetro e stream dados enquanto executa funções auxiliares. A Arrow está atualmente projetando um novo sensor edge-computation, baixo-consumo, cellular-enabled que ampliará opções de implantação em áreas sem conectividade cabeada ou energia de rede.

A próxima fase de desenvolvimento envolve integrar modelos de machine learning para refinar detecção, potencialmente usando streams de sensor único. Todos os dados brutos coletados desde 2017 estão publicamente disponíveis para apoiar pesquisa.

Alavancando microcontroladores, acelerômetros MEMS de próxima geração e cloud computing, OpenEEW oferece solução custo-efetiva que era previamente limitada a alguns poucos deployments de alto orçamento. Por ser open-source, o software pode rodar em plataformas diversas — de um Raspberry Pi local a um laptop — fornecendo alternativas de baixa latência a serviços de nuvem distantes.

A camada de distribuição de alerta é adaptável. No repositório GitHub do OpenEEW, fornecemos um app de exemplo, mas usuários também podem rotear notificações para feeds Twitter, sistemas PA ou interfaces de gestão predial. Permanecemos agnósticos sobre o método de entrega last-mile.

Sensores OpenEEW incorporam acelerômetro MEMS de alta performance, conectividade Ethernet ou Wi-Fi, buzzer alto e três NeoPixel LEDs para alertas visuais.

Figura 2: Design PCB do sensor OpenEEW

Instalação adequada é essencial para fidelidade de dados. Um setup típico, ilustrado na Figura 3, coloca o sensor próximo ao roteador para manter forte relação sinal-ruído para transmissão de pacotes.

OpenEEW foi criado com financiamento da USAID, Fundação Clinton e Arrow Electronics, e incorpora tecnologias centrais de IoT.

A IBM, que originalmente colaborou com a Grillo através da Clinton Global Initiative (CGI) Action Network, anunciou que integrará OpenEEW no programa Call for Code da Linux Foundation — uma iniciativa que une dados, IA e blockchain para aprimorar resposta a desastres.

A IBM também desenvolveu um dashboard para visualizar dados de sensores e implantou seis sensores Grillo em Porto Rico para testes de campo. Com OpenEEW, a IBM espera impulsionar adoção de EEW em hotspots sísmicos como Nepal, Nova Zelândia e Equador, onde comunidades podem contribuir para refinamento de hardware e métodos de alerta citizen-oriented.

>> Este artigo foi originalmente publicado em nosso site irmão, EE Times Europe.