Das von der Aston University in Großbritannien koordinierte und mit 5,1 Millionen Euro geförderte Projekt ECSTATIC erprobt diesen innovativen Ansatz in einer britischen Großstadt. Als erstes reales Testgelände dient ein stark befahrenes Eisenbahnviadukt. Ziel ist es, mithilfe von Laserimpulsen, die durch bereits direkt unter unseren Füßen verlegte Glasfaserkabel gesendet werden, subtile Strukturveränderungen, Spannungen und Vibrationen in Echtzeit zu erfassen.
„Unser Ziel ist es, ein globales Nervensystem für kritische Infrastrukturen zu schaffen“, sagt Professor David Webb, Koordinator des ECSTATIC-Projekts. „Wir hoffen, bestehende Glasfaserkabel in ein rund um die Uhr verfügbares Frühwarnsystem umzuwandeln, das selbst geringste Vibrationen oder Spannungsrisse erkennt, bevor sie zu Katastrophen führen. Im Erfolgsfall wird dies den entscheidenden Unterschied zwischen der Behebung eines Fehlers und der Beseitigung einer Tragödie ausmachen.“.
Licht zur Erkennung von Problemen
Die Installation physischer Sensoren in allen Transport- und Energienetzen würde Milliarden kosten und erhebliche Störungen verursachen. Das Projekt ECSTATIC verfolgt jedoch einen anderen Ansatz: Es nutzt die bestehende Infrastruktur.
Am ersten Demonstrationsstandort des Projekts – einem bedeutenden Eisenbahnviadukt aus der viktorianischen Ära, der jährlich von Zehntausenden Zügen befahren wird – senden Forscher hochpräzise Laserimpulse durch vergrabene Glasfaserkabel. Während die Züge darüberfahren, biegen und vibrieren die Fasern minimal. Diese Bewegungen verändern das Verhalten des Lichts im Kabel, verändern seine Phase und Polarisation und erzeugen so eine Art optischen Fingerabdruck der auf die Struktur wirkenden Kräfte.
Durch die Messung und Interpretation dieser Veränderungen mithilfe eines neuartigen Dual-Mikrokamm-Photonikchips (einer intelligenten Methode zum gleichzeitigen Senden und Messen vieler Lichtfrequenzen) und fortschrittlicher KI-Signalverarbeitung will ECSTATIC erste Anzeichen von Schäden oder Materialermüdung erkennen. Und das Beste: Das alles funktioniert, ohne den Internetverkehr zu unterbrechen und ohne dass ein einziges neues Kabel verlegt werden muss.
„Risse in Brücken, Viadukten oder Tunneln kündigen sich nicht an; Bauwerke verfallen allmählich und unbemerkt, und die ersten Anzeichen eines Versagens bleiben unsichtbar, bis es zu spät ist. Großbritannien und viele andere Orte in Europa verfügen über Hunderte alternder Eisenbahnbrücken, die jährlich von Millionen von Fahrzeugen befahren werden. Viele der britischen Brücken stammen noch aus der viktorianischen Zeit und könnten zu einer tickenden Zeitbombe werden, wenn wir nicht jetzt entschlossen handeln, um sie zu überwachen.“.
Verhindere die nächste Tragödie
Die dringende Notwendigkeit von Frühwarnsystemen wird durch die jüngsten Brückeneinstürze in ganz Europa deutlich, die Menschenleben forderten und Städte lahmlegten. In Italien starben 2018 beim Einsturz der Morandi-Brücke in Genua 43 Menschen, als ein 200 Meter langes Autobahnstück einstürzte – trotz jahrelanger interner Warnungen vor dem strukturellen Risiko. Im vergangenen Jahr stürzte in Deutschland die Carolabrücke in Dresden, eine wichtige Verkehrsader der Stadt, ohne Vorwarnung teilweise ein. Der Einsturz unterbrach lebenswichtige Versorgungsleitungen, sodass Teile der Stadt mehrere Stunden ohne Warmwasser waren und es zu erheblichen Verkehrsbehinderungen kam.
Diese Ereignisse, so selten sie auch sein mögen, zeigen, wie anfällig Infrastrukturen werden können, wenn alte Bauwerke nicht überprüft werden, und wie verheerend die Folgen sein können.
ECSTATIC hat sich zum Ziel gesetzt, Behörden dabei zu helfen, frühzeitig zu handeln, bevor Warnzeichen zu Katastrophen führen, indem ihnen bessere Daten zur Verfügung gestellt werden, und zwar früher und ohne die Notwendigkeit, neue, teure oder störende Sensorsysteme zu installieren.
Erweiterung in Europa und darüber hinaus
Da weltweit bereits über fünf Milliarden Kilometer Glasfaserkabel verlegt sind (in Städten, Ozeanen und abgelegenen Gebieten), ist das Potenzial der ECSTATIC-Technologie enorm. Bei erfolgreichen Tests in Großbritannien könnte der Ansatz auf Europas Transport- und Energienetze ausgeweitet werden und so eine sicherere und intelligentere Infrastrukturüberwachung zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Systeme ermöglichen.
Das ECSTATIC-Projekt läuft bis Juli 2028 und wird von der Aston University in Großbritannien koordiniert. Es vereint 13 Partner aus ganz Europa, darunter führende Universitäten wie Padua, L'Aquila, Chalmers, Alcalá und Westattika, sowie Industrieunternehmen wie Telecom Italia Sparkle, OTE Group, Nokia, Network Rail, MODUS und das Schweizer KMU Enlightra SARL sowie die griechischen Seismologiespezialisten NOA.
