Detta paraply “lyssnar” på regn – för vetenskapen

En dag kan paraplyer göra mer än att bara hålla människor torra. En forskare i Nederländerna har designat en enkel sensor som “lyssnar” på regn. Och den sensorn kan förvandla en bumbershoot till en regnmätande sus.

Verktyg som detta kan låta vem som helst mäta vädret. Det kan hjälpa forskare att se till att satelliter och radarsystem som spårar stormar gör ett bra jobb.

”Regnradar är ett vackert sätt att se var det regnar i luften. Men man vet aldrig var den träffar marken, säger Rolf Hut. Han designade paraplysensorn.

Forskare vill veta hur mycket regn som når planetens yta. Inte allt regn som faller från ett moln når marken. Och det kan vara svårt för radar och satelliter att mäta regnet, särskilt i städer. En mängd stora byggnader kan förändra hur luft – och regn – rör sig under en storm. Detta är en anledning till att det kan hälla på ett ställe och knappt sprinkla 10 till 20 kvarter bort.

Det förklarar också varför en enda, dyr sensor — den typ som kan hittas vid ett officiellt väder station — kommer inte att ge exakta data över hela staden, säger Hut. Men genom att lägga billiga regnmätare i människors händer kan forskare lära sig mer om hur mycket nederbörd varierar på dessa och andra svåra att mäta platser.

Hut visade upp sitt prototypparaply på European Geovetenskapsförbundets generalförsamling möte i Wien, Österrike, i slutet av april. Han är en vattenförvaltningsforskare vid Delft University of Technology i Delft, Nederländerna.

Avlyssning av regnet

Den unika sensorn på Huts paraply startade som en del av ett projekt för att designa mycket billiga väderstationer, inklusive regnmätare, för användning i Afrika.

Forskare använder regnmätare för att ta reda på hur mycket regn som faller och hur snabbt. Vissa regnmätare är enkla behållare med markeringar på sidan. Andra har tipphinkar, som fylls och töms när regnet faller. (Varje gång de häller ut lägger de till ett märke till en elektronisk räkning.)

Direkt mätning av vatten är inte nödvändigt för att ta reda på hur mycket vatten som har fallit. Ljud kan också förmedla sådan information. Från pitter-patter – eller dunkande – av regn på taket kan en person uppskatta hur mycket regn som faller. Hut och en kollega, tillsammans med flera elever, kom fram till en lågprissensor som fungerar på liknande sätt: Den “lyssnar” på regnet. Deras sensor registrerar ljudet av varje droppe när den träffar. Den mätaren kan “höra” hur stor en regndroppe är och hur snabbt den faller. En dator kan summera dessa data för att ta reda på hur mycket regn som landar över tiden. Hela systemet har ett fint namn: akustisk disdrometer.

Hut kom på idén att fästa samma typ av sensor på ett paraply när han pratade med barn om vetenskap. Han visade dem ett foto av en polis som höll ett paraply och pratade med en folkmassa i en mikrofon. Varför inte sätta ihop de två? Han trodde att det kunde göra en cool regnsensor.

Hut, som gillar att mixtra, använde några enkla delar för att bygga sitt system. Han köpte en del som kallas en piezoelektrisk skiva. När denna skiva böjs skapar den en liten elektrisk ström. Dessa typer av diskar används ibland för att göra surrande larm som väcker människor på morgonen. Många mikrofoner använder dem också.

För att göra sin enhet limmade Hut den skivan på ett Nalle Puh-paraply. Sedan tog han isär ett handsfree-headset och drog ut mikrofonen. Han kopplade delarna av headsetet till disken med sladdar. “Om du sedan ansluter Bluetooth-headsetet trådlöst till din telefon, börjar din telefon att lyssna på vibrationerna i av ditt paraply”, förklarar Hut.

Rutger van Iperen, som arbetar för AMIS i Nieuwegein, Nederländerna, skapade en grundläggande smartphone-app. Den analyserar ljudet av regndropparna.

När en storm kom fram jämförde Hut paraplyets nya “öra” för regn med en officiell regnmätare på hans balkong. Och till sin glädje fann han att paraplyets mått var “ganska bra”.

Hans nästa steg är att förfina paraplysensorn för att göra den mer exakt. Han planerar också att lägga ut detaljer online under de närmaste veckorna som visar hur vem som helst kan förvandla ett paraply till en gående regnmätare. Sök efter “paraplysensor” på www.instructables.com.

Dessa små regnmätare som alla kan använda är ett exempel på medborgarvetenskap. De erbjuder allmänheten en chans att samla in data som forskare kan använda. De kan också fylla i luckor mellan systemen som samlar in data vid vetenskapliga forskningsstationer, säger Chris Kidd.

En satellitmeteorolog studerar väder och klimat med hjälp av satelliter. Han arbetar vid University of Maryland i College Park och i närheten vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md.

Vid samma möte i Wien presenterade Kidd forskning som visar hur få regnmätare idag samlar in data . Lägg ihop det totala antalet runt om i världen, säger han, och de täcker en yta på mellan 120 och 3 000 kvadratmeter (cirka 1 300 kvadratfot till kanske ¾ av en acre). Det området sträcker sig från ett område som är mindre än en tennisbana till ett utrymme som täcker ungefär hälften så stort som en fotbollsplan.

Det är uppenbart inte tillräckligt med täckning för att helt förstå det viktigaste som kommer från nederbörd : vatten.

“Du använder vatten hela dagen. Du använder vatten från det ögonblick du går upp till det ögonblick du går och lägger dig, säger Kidd. Och det är inte bara vattnet som folk dricker och använder i sina hem. Vatten är en värdefull resurs. Den bevattnar gårdsmarker och används för att tillverka det mesta, från bilar till böcker till datorer. “Vatten är helt avgörande för oss alla”, konstaterar han.

För yngre individer som vill lära sig mer om regn – eller något annat – är det avgörande att fortsätta ställa frågor, säger Hut. Han rekommenderar också att leka med enheter och ta isär dem för att lära sig hur de fungerar (så länge som barn har tillåtelse att göra det).

Försök att sätta ihop elektroniska ingredienser och se vad som händer, säger Hut – precis som att försöka piska en tårta i köket. Även barn kan följa “recept” som utvecklats av andra erfarna tillverkare eller från webbplatser som är dedikerade till att göra saker, säger han: “Teknik är inte bara för vuxna.”

Genom den processen kan alla som är nyfikna lära sig att skapa sina egna uppfinningar. Och ibland kan en av ingredienserna vara så enkel som ett paraply.

Maktord