เมื่อมีผู้คนจำนวนมากขึ้นบนเส้นทางรถไฟความเร็วสูงแบบยั่งยืน การลดมลพิษทางเสียงและการจัดการการจราจรที่ซับซ้อนจะช่วยเพิ่มการยอมรับ
เสียงนกหวีดดังมาจากรางรถไฟเป็นเสียงของยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาการรถไฟของยุโรป โค้งมาโค้งได้เพิ่มการนำระบบขนส่งทางรถไฟความเร็วสูงมาใช้ ซึ่งสัญญาว่าจะลดการจราจรบนท้องถนนและควบคุมการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตราย รถยนต์เป็นต้นเหตุของมลพิษทางอากาศ โดยคิดเป็น 14.5% ของการปล่อยคาร์บอนทั้งหมดของยุโรป ประมาณครึ่งหนึ่งของเที่ยวบินในยุโรปเป็นการเดินทางระยะสั้นที่มีระยะทางน้อยกว่า 1,500 กม. ซึ่งทำให้เกิด การปล่อยมลพิษมากกว่าการเดินทางโดยรถไฟที่เทียบเท่ากัน
นโยบาย European Green Deal มีแผนจะเพิ่มรถไฟความเร็วสูงเป็นสองเท่าภายในปี 2030 และเพิ่มเป็นสามเท่าภายในปี 2050 ในขณะนี้ 75% ของการขนส่งสินค้าถูกเคลื่อนย้ายโดยทางถนน ดังนั้นการเคลื่อนย้ายสินค้าโดยทางรถไฟจึงถูกกำหนดให้เป็นสองเท่าภายในปี 2050
การทำให้รถไฟสามารถแข่งขันกับการเดินทางทั้งทางถนนและทางอากาศได้ หมายถึงการปฏิรูปตลาดและการปรับปรุงประสบการณ์ของผู้โดยสารตลอดจนการอัพเกรดโครงสร้างพื้นฐาน การจัดลำดับความสำคัญของการขนส่งทางรถไฟอย่างยั่งยืนให้ประโยชน์อย่างมาก แต่น่าเสียดายที่การขนส่งนั้นมาพร้อมกับอันตรายที่มองไม่เห็นด้วยตัวมันเอง ไม่ใช่แค่สำหรับผู้โดยสารเท่านั้น
ความถี่ต่ำ
หนึ่งในอันตรายที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักของการขนส่งทางรถไฟคือมลพิษทางเสียงที่ไม่มีใครได้ยิน การสั่นสะเทือนของพื้นดินความถี่ต่ำที่ไม่ได้ยินมาจากรางกลิ้งบนรางรถไฟขณะเคลื่อนที่ นอกจากผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้างของโครงสร้างพื้นฐานในบริเวณใกล้เคียงแล้ว การสั่นสะเทือนเหล่านี้อาจส่งผลเสียต่อสุขภาพของผู้คน ทำให้เกิดอาการปวดศีรษะ เหนื่อยล้า และแม้กระทั่งความหงุดหงิดในผู้ที่ประสบกับสิ่งเหล่านี้
Giovanni Capellari ผู้ร่วมก่อตั้ง Phononic Vibesกล่าวว่า “ตอนนี้สามารถลดการสั่นสะเทือนได้โดยการวางแผ่นยางไว้ใต้ราง ‘ระบบนั้นใช้ได้สำหรับรถไฟสายใหม่เพราะคุณสามารถใส่มันในระหว่างการก่อสร้างได้’ บริษัทของเขาเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีเสียงและการสั่นสะเทือน สำหรับเส้นทางรถไฟที่มีอยู่ แผ่นยางมีราคาแพงมาก เนื่องจากคุณต้องถอดรางเพื่อติดตั้ง
โครงการ BioMetaRail กำลังทำการวิจัยและพัฒนาสิ่งกีดขวางใต้น้ำแบบพิเศษที่สามารถติดตั้งควบคู่ไปกับรางเพื่อดูดซับแรงสั่นสะเทือน ผนังกั้นต้องอาศัยรูปทรงเพื่อประสิทธิภาพในการลดเสียงรบกวน มากกว่าคุณสมบัติของวัสดุ
วัสดุคอมโพสิตสังเคราะห์เหล่านี้รู้จักกันในชื่อ metamaterials มีคุณสมบัติของนักออกแบบที่ไม่พบในธรรมชาติ โครงสร้างภายในของพวกเขาได้รับการออกแบบมาเพื่อให้โต้ตอบกับคลื่นเสียงความถี่ต่ำของรถไฟที่วิ่งผ่านเพื่อดักจับและป้องกันพวกมัน
“โดยพื้นฐานแล้ว แนวคิดก็คือเราใช้รูปทรงที่มีเอฟเฟกต์เรโซแนนซ์ที่ความถี่ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับการสั่นสะเทือนในภาคทางรถไฟ” คาเปลลารีกล่าว ในบริบทนี้ ความถี่ของการสั่นสะเทือนโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 30 ถึง 60 เฮิรตซ์ ผลที่ได้คือการออกแบบโครงสร้างคอนกรีตขนาดสองคูณสามเมตรที่คล้ายกับหน้าต่างบานใหญ่
วิธีนี้ ‘ใช้ได้กับความถี่ต่ำมาก ซึ่งดีมากสำหรับรถไฟ’ นอกจากนี้ “บานหน้าต่าง” สามารถแบ่งออกเป็นขนาดที่เล็กกว่าเพื่อดักจับช่วงความถี่ที่กว้างขึ้น
ดีไซน์โดดเด่น
หากแผงผนังไม่ได้มีรูปร่างและการออกแบบที่โดดเด่น และเป็นเพียงแผ่นคอนกรีต พวกเขาก็จะไม่สามารถหยุดการสั่นไหวจากพื้นดินของรถไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่ากับสิ่งกีดขวางของ BioMetaRail เพื่อความสะดวกในการติดตั้ง ไม่จำเป็นต้องยกรางรถไฟ เนื่องจากสามารถติดตั้งแผงเหล่านี้เข้ากับพื้นข้างรางได้เหมือนกับรั้วที่จม เพื่อป้องกันกลุ่มบ้านหรืออาคาร
ทีมวิจัยยังกำลังตรวจสอบวัสดุที่เหมาะสม ความหนาและขนาดของอุปสรรคสำหรับผลกระทบของการลดแรงสั่นสะเทือน
โปรเจ็กต์ BioMetaRail ของ Capellari เป็นหน่อของ โปรเจ็กต์ BOHEMEซึ่งย่อมาจาก MetaMaterials แบบลำดับชั้น Bio-Inspired BOHEME ตรวจสอบและพัฒนา metamaterial เชิงกลประเภทต่างๆ ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากหลักการที่พบในธรรมชาติ
ตั้งแต่ใยแมงมุมไปจนถึงเปลือกหอย BOHEME ระบุลักษณะของระบบธรรมชาติและศึกษาการใช้งานที่เป็นไปได้ “เป้าหมายคือการนำผลลัพธ์จาก BOHEME และพยายามทำความเข้าใจรูปทรงเรขาคณิตที่ดีที่สุด (สำหรับสิ่งกีดขวางทางรถไฟ) โดยพิจารณาจากตลาด ต้นทุน การผลิตและการติดตั้ง” Capellari กล่าว
“ขั้นตอนต่อไปคือการออกสู่ตลาด” เขากล่าวพร้อมทั้งได้รับการรับรองสำหรับการแทรกแซงการป้องกันการสั่นสะเทือน ‘ตอนนี้ไม่มีระบบแบบนี้ในตลาด’
ในท้ายที่สุด แผงเหล่านี้จะวางเรียงรายบนพื้นข้างรางในพื้นที่ที่อยู่อาศัย ทำให้เครือข่ายรถไฟสามารถเพิ่มปริมาณการใช้รถไฟได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยไม่ส่งผลกระทบในทางลบต่อผู้คนและอาคารใกล้เคียง
ในปี 2564 มีการ เสนอให้เพิ่มขีดจำกัดความเร็วของ รถไฟเครือข่ายการขนส่งข้ามทวีปยุโรปเป็น 160 กม./ชม. หรือมากกว่าภายในปี 2583 การเพิ่มปริมาณการจราจรทางรถไฟยังทำให้ผู้ให้บริการเครือข่ายสามารถตรวจสอบความยาวทั้งหมดของทางรถไฟได้แบบเรียลไทม์ การตรวจสอบเสียงสามารถช่วยบรรลุเป้าหมายทั้งสองนี้ได้
Next Generation Rail Technologiesของ Richard Aaroe ได้พัฒนาอุปกรณ์ฟังแบบพาสซีฟที่สามารถให้การเตือนล่วงหน้าสำหรับผู้ปฏิบัติงานรถไฟเกี่ยวกับสิ่งกีดขวางบนรางรถไฟ มันสามารถทำนายได้ว่าสิ่งกีดขวางนั้นน่าจะเป็นไปได้มากที่สุดและจะหาได้ที่ไหน โครงการ SAFETRACK กำลังทำงานบนระบบแบบสแตนด์อโลนเพื่อ ‘แจ้งเตือนทุกสิ่งที่เกิดขึ้นบนโครงสร้างพื้นฐานแบบเรียลไทม์อย่างแม่นยำ’ Aaroe กล่าว
ระบบประกอบด้วยเซ็นเซอร์ซึ่งรับการสั่นสะเทือนบนแทร็ก และซอฟต์แวร์ที่ระบุตำแหน่งของเสียงบนแทร็กและสิ่งที่อาจเป็นสาเหตุ
ไมโครโฟนที่ซับซ้อน
‘ในแง่หนึ่ง มันเป็นไมโครโฟนที่ล้ำสมัยมาก’ อาโรอธิบาย การสั่นสะเทือนของเสียงบนแทร็กที่เซ็นเซอร์หยิบขึ้นมามี ‘ลายนิ้วมือที่ไม่เหมือนใคร’ เสียงของกิ่งไม้ที่ตกลงมาบนรางนั้นแตกต่างจากเสียงดินถล่มเป็นต้น บริษัทของ Aaroe ได้สร้าง ‘ห้องสมุด’ ของลายนิ้วมืออะคูสติกสำหรับรถไฟเหล่านี้
เขาเปรียบเทียบเทคโนโลยีนี้กับเวลาที่เรือดำน้ำใช้โซนาร์เพื่อตรวจจับเรือผิวน้ำด้วยการเลือกลายเซ็นเสียง ‘วันนี้เทคโนโลยีนั้นได้พัฒนาไปเพื่อให้คุณไม่เพียงแค่รับได้ว่ามีเรือแล่นผ่าน แต่คุณยังสามารถเลือกประเภทของเครื่องยนต์ คลาสของตัวเรือ ความเร็ว ทิศทาง และอื่นๆ ได้’ อาโร กล่าวว่า.
ใช้หลักการเดียวกันกับระบบเสียงราง ‘ทุกเหตุการณ์มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว และเราได้ระบุแล้วว่า จากนั้นเราสามารถรายงานสิ่งนี้ไปยังผู้ควบคุมรถไฟ เจ้าหน้าที่ควบคุม หรือแม้แต่คนขับเอง’
เซนเซอร์ค่อนข้างเล็ก ขนาดประมาณสมาร์ทโฟน การติดตั้งประกอบด้วยเซ็นเซอร์สี่ตัว หนึ่งตัวบนรางแต่ละรางของราง และอีกสองตัวที่อยู่ไกลออกไปตามรางรถไฟ 10 เมตร เนื่องจากเสียงเดินทางผ่านรางทึบได้ดีกว่าอากาศมาก ชุดเซ็นเซอร์หนึ่งชุดจึงสามารถตรวจจับการสั่นสะเทือนของเสียงได้ห้ากิโลเมตรในแต่ละทิศทาง
เทคโนโลยีนี้กำลังถูกทดลองโดยเครือข่ายรถไฟแห่งชาติในสหราชอาณาจักร เยอรมนี และสเปน และเร็วๆ นี้จะถูกนำไปใช้งานในอีกสามประเทศ ตามข้อมูลของ Aaroe
สหภาพยุโรปมุ่งมั่นที่จะขยายการขนส่งทางรถไฟโดยเป็นส่วนหนึ่งของ ข้อตกลงสีเขียวของยุโรป ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อทำให้ยุโรปเป็นทวีปที่ปลอดคาร์บอนเป็นแห่งแรกภายในปี 2050 เนื่องจากมีผู้คนเลือกใช้รถไฟมากกว่ารถยนต์ เทคโนโลยีที่ทำให้รถไฟปลอดภัยและเงียบขึ้นก็จะเพิ่มขึ้น สำคัญ.
การวิจัยในบทความนี้ได้รับทุนจากสหภาพยุโรป บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกในHorizonนิตยสาร EU Research and Innovation
