רעידת אדמה חזקה בישראל היא עניין ודאי, כך אומרים כל המומחים. אולי מחר, אולי בשנה הבאה, היא תתרחש – ותתפוס אותנו לא מוכנים. לפי תרחיש הייחוס של פיקוד העורף הנזקים עלולים להיות קטסטרופליים עם עשרות אלפי בניינים שיתמוטטו ואלפי פצועים קשה שלא יספיקו להימלט בזמן מהבניינים המתמוטטים. זמן הוא עניין קריטי כאן. אם רק היה ניתן לקבל התרעה בזמן.
ובכן, יכול להיות שהבינה המלאכותית תושיע את המין האנושי במקרה הזה. בשנים האחרונות מתנהלים מספר מחקרים ופרויקטים שבוחנים את היכולת של מערכות AI להתריע מבעוד מועד על רעידת אדמה מסוכנת שעומדת להתרחש. יש גם כמה חברות שכבר לוקחות את הטכנולוגיה קדימה, חלקן ישראליות. הן מפתחות "מערכות התרעה מוקדמת על רעידות אדמה" (EEW), והן עשויות לתת התרעות מוקדמות של דקות, אולי אפילו שעות, לפני רעידת האדמה. מה שיציל כל כך הרבה אנשים.
המפתח הוא ברעידות האדמה האיטיות
אחד החוקרים המובילים בתחום הזה הוא פרופ' ברטרנד רואט-לדוק מאוניברסיטת קיוטו ביפן, שהוביל את אחד המחקרים המעניינים ביחד עם שותפים במעבדה הלאומית האמריקאית בלוס אלמוס. המחקר מתמקד בתופעה שהתגלתה לפני כמה עשורים אבל נותרה מסתורית עד היום: רעידות אדמה איטיות. מדובר בתנועה מאוד איטית של לוחות קרקעיים, שמתרחשת לאורך קווי השבר המוכרים, למשל באנטוליה בטורקיה, בסן אנדריאס בקליפורניה וכנראה שגם לאורך השבר הסורי-אפריקאי אצלנו.
התנועה האיטית הזו נמשכת לאורך ימים, שבועות, אפילו חודשים. הממצא המפתיע הוא שיש קשר בין רעידת אדמה איטית לבין רעידת אדמה בעוצמה חזקה שמתרחשת לאחר מכן. זיהוי רעידת אדמה איטית עשוי להיות המפתח להתרעה מפני רעידת אדמה הרסנית שצפויה לקרות.
הטכנולוגיה שפותחה בצוות של רואט-לדוק מזהה רעידות אדמה איטיות באמצעות לוויינים בעלי חיישני רדאר מסוג InSAR. הלוויינים האלה משגרים צילומים של אזורים גיאוגרפיים בהפרשים של ימים אחדים אחד מהשני. וכאן נכנסת הבינה המלאכותית: טכנולוגיית למידת מכונה מאפשרת לזהות שינויים זעירים, ממש בסדרי גודל מילימטריים, בפני השטח, וכך לזהות רעידת אדמה איטית בעת התרחשותה.
הממצא המפתיע הוא שיש קשר בין רעידת אדמה איטית לבין רעידת אדמה בעוצמה חזקה שמתרחשת לאחר מכן. זיהוי רעידת אדמה איטית עשוי להיות המפתח להתרעה מפני רעידת אדמה הרסנית
"השימוש בלמידת מכונה על נתוני InSAR מאפשר לנו להבין את הפיזיקה שמאחורי השברים הטקטוניים ורעידות האדמה", אומר לנו רואט-לדוס בשיחת זום מארה"ב. עד כה הצוות שלו בחן נתונים מצטברים שנאספו בעבר, ומצא למשל, שרעידת האדמה בעוצמה 9, שהתרחשה ביפן ב-2011 וגרמה לאסון הגרעיני בפוקושימה, באה בעקבות שתי רעידות אדמה איטיות באותו אזור. "חוקרים רבים מרותקים לשאלה האם יש אינטראקציה בין רעידות אדמה איטיות לרעידות אדמה חזקות בעקבותיהן. בגלל שהן כל כך איטיות הן קשות מאוד לזיהוי", הוא מוסיף.
האם זה אומר שהייתם יכולים לחזות את רעידת האדמה הקשה שהתרחשה בטורקיה?
"אנחנו מדברים על מחקר שנמצא בהתפתחות. עדיין קשה לנו לזהות רעידות אדמה במקומות שונים כי לא אימנו את ה-AI על קטלוג של כל רעידות האדמה האיטיות שיכולות להתרחש. במחקר שלנו אנחנו הסתכלנו על השבר של צפון אנטוליה ומצאנו שהתרחשו בו רעידות אדמה איטיות שלא היו מוכרות עד כה. עכשיו ננסה לבחון גם את הנתונים של השבר במזרח אנטוליה ולראות אם ניתן היה לזהות שם רעידת אדמה איטית".
למה זה כל כך קשה לזהות רעידת אדמה איטית?
"למעשה לא ניתן לזהות את זה באמצעות הסתכלות כי היא איטית פי 10 ממה שעין אנושית יכולה לזהות. גם באמצעות AI זה קשה לביצוע כי האותות שמזהים את הרעידה מאוד קטנים והם קבורים בתור הרבה רעש. אבל היתרון של מערכות למידה עמוקה (DL) שהן טובות בזיהוי אותות קטנים. אני מפתח ומאמן מערכות AI ללמידה עמוקה שמזהות את האותות הזעירים שנובעים מרעידות אדמה קטנות, וכך אני בונה קטלוג של רעידות אדמה איטיות ומנסה להבין את הקשר בינן לבין רעידות אדמה רגילות".
יש לכם הסבר לקשר הזה? למה שני סוגי הרעידות מתרחשים בזה אחר זה?
"נראה שבתנועת הקרקע האיטית מצטברת הרבה אנרגיה, בדומה אולי לגומיות שהולכות ונמתחות. לאורך השברים הטקטוניים נמצאים הרבה אזורים שמתחככים זה בזה, הרבה רצועות אלסטיות שנמתחות. אם אחת מהן נקרעת, אז הרצועה השכנה צריכה לשאת בעומס נוסף וזה עלול להתבטא ברעידת אדמה חזקה".
אפשר להפוך את המחקר הזה לטכנולוגיה שתתריע בזמן על רעידות אדמה?
"בשביל זה צריך לחפש רעידות אדמה איטיות ברחבי העולם, לבנות דאטה בייס של כל רעידות האדמה האיטיות שניתן למצוא. למעשה לא צפינו במספיק רעידות אדמה איטיות כדי שנוכל לקבוע באופן מובהק סטטיסטית שרעידת אדמה איטית מנבאת רעידת אדמה רגילה. זה חורג מהיקף של מחקר אקדמי ולכן יש לנו עכשיו שיתוף פעולה עם נאס"א בסטארט אפ חדש בשם Geolabe, שיפתח את הטכנולוגיה הזו".
הכל חוזר לאנבידיה
הצורך במחשבים בעלי עוצמת חישוב גבוהה במיוחד הופך את חברת אנבידיה (Nvidia) לשותפה של רבים מהפרויקטים בתחום ה-EEW, כולל אלה של רואט-לדוק. לירון פריינד-סעדון, דירקטורית קשרי מפתחים של אנבידיה בישראל, מספרת על תוכנית התמיכה בסטארט אפים של אנבידיה ועל שיתופי פעולה עם חברות, עם האקדמיה ועם מערכת הביטחון. "אנחנו עושים הרבה הדרכה, מלמדים איך להשתמש בפלטפורמה, מנסים להבין את השימוש המיועד בטכנולוגיה ואז עושים האצה, התאמה והטמעה של המודלים".
מחקר באוניברסיטת תל אביב הצמיח מתוכו את חברת SeismicAI. הטכנולוגיה שלה מבוססת על ניתוח קריאות של נתונים סייסמיים באמצעות חיישנים מיוחדים
פריינד-סעדון מספרת שהפרויקט שמוביל רואט-לדוק הוא אחד משניים שבהם שותפה כעת אנבידיה בארה"ב. בפרויקט השני חוקרים מסטנפורד פיתחו רשת נוירונית בשם DEEPSHAKE, שמנתחת נתונים מתוך גרפים סייסמולוגיים של רעידות אדמה.
"יש סוג של רשתות נוירוניות שהן ממש טובות בכל מה שקשור לגרפים", היא אומרת, "לקחו את הדאטה הזו, כ-30 אלף תצלומים של סדרות מבוססות זמן והצליחו לייצור רשת עצבית שיודעת לפענח את הסדרה ולייצר תחזית כמה כבד הרעש הולך להיות. התחזית שלהם מגיעה בין 7 ל-13 שניות לפני הרעש. הם יצרו טריגר שיכול להתריע כאשר זה עומד להיות רעש אדמה מאוד גדול". הפרויקט הזה עובר עכשיו מהמעבדות להטמעה בכמה מוקדים בארה"ב, ואולי יציל אנשים ברעידת האדמה הבאה שתהיה שם.
מה התרומה של אנבידיה לפרויקטים כאלה?
"לפני שאתה מכניס מודל AI לסביבת פרודקשן, אתה חייב לעשות טסטים כדי לדעת שהוא נותן תוצאות מדויקות. אנבידיה עוזרת לשותפים לאמן יותר מהר ובעלות יותר נמוכה, בין השאר באמצעות התאמה לחומרה הנכונה, כי יש המון סוגים של GPU. חשוב להזכיר שזה לא היה קורה בלי הרשתות המהירות שמבוססות על הטכנולוגיה של מלאנוקס הישראלית, שנרכשה על ידי אנבידיה. בלי הטכנולוגיה שלהם לא היה ניתן לאמן את הרשתות העצביות במהירות כזו".
הקשר הישראלי
התרומה של חברות ישראליות בתחום חיזוי רעידות אדמה לא מסתיימת כאן. מחקר באוניברסיטת תל אביב הצמיח מתוכו את חברת SeismicAI. הטכנולוגיה שלה מבוססת על ניתוח קריאות של נתונים סייסמיים באמצעות חיישנים מיוחדים, שונים מהחיישנים הרגילים שנמצאים בשימוש בדרך כלל. פרויקט שהחברה ביצעה בקוויבק, קנדה, הניב תוצאות מבטיחות, מה שמביא לחברה הזמנות להתקנת המערכת באזורים גיאוגרפיים שבהם החיישנים הרגילים מתקשים לתפקד.
קנדה, כמו ארה"ב, סובלת מרעידות אדמה הן לאורך החופים והן במרכז המדינה. כעת הכריזה ממשלת קנדה על שיתוף פעולה עם אוניברסיטת תל אביב במסגרתו תשתתף במימון פיתוח טכנולוגיית ה-EEW. ממשלת קנדה פרסמה הודעה בה נאמר שאוניברסיטת תל אביב נבחרה לפרויקט מכיוון שהיא "מובילה עולמית מוכרת בתחום מערכים סייסמיים, שיכולים לשפר את ביצועי ה-EEW באירועי רעידות אדמה".
בחודש שעבר החברה דיווחה שהצטרפה לפרויקט ההתרעה של אוקלהומה, ארה"ב, שמטרתו לתת התרעות לתעשיית הנפט והגז. מאז 2009 יש עלייה בפעילות הסייסמית באוקלהומה ובשנים האחרונות נרשמות מדי שנה כ-50 רעידות אדמה קלות ובין אחת לשתיים חזקות. לפי הנתונים של SeismicAI, התרעות מוקדמות יכולות להפחית את הנזקים שאינם נזקים למבנים - למשל שריפות, מחלות ודליפות - בעד 50%, מה שהופך את הטכנולוגיה לבעלת משמעות רבה.
חברה ישראלית נוספת שפיתחה טכנולוגיית EEW היא IonoTerra. הטכנולוגיה של החברה מבוססת על אנטנות שמאזינות לגלי רדיו ביוניספירה (Ionosphere), אחת השכבות של האטמוספירה. מתברר שלתהליכים שמתרחשים בקרום כדור הארץ יש השפעה גם על השכבה העליונה של האטמוספירה, וזה מה שהחברה מודדת. הטכנולוגיה הזו מאפשרת לחזות רעידות אדמה מספר שעות לפני שהן מתרחשות. אחרי ניסוי מוצלח שנעשה ב-2016 ברומניה, החברה מפעילה שם מערכת התרעה קבועה וגם מרכז פיתוח.
ובישראל - בשנה שעברה הכריז פיקוד העורף על הפעלת מערכת "תרועה" להתרעה מפני רעידות אדמה. המערכת מבוססת על חיישנים קרקעיים שפזורים באזורים שונים בארץ והתרעות באמצעות צופרים, כריזה ואפליקציית פיקוד העורף. הטכנולוגיה פותחה על ידי אוניברסיטת ברקלי בקליפורניה והמכון הגיאולוגי הישראלי. זמן ההתרעה נמדד בשניות, כך שבעיקרון היא מתריעה שכרגע מתרחשת רעידת אדמה. שלא נדע.