화산의 현장 가스 감지, 한계를 뛰어넘다

인피콘의 가스 감지 기술은 반도체 제조 공장의 열악한 환경을 견딜 수 있도록 설계되었기 때문에 이 연구에 있어 독보적인 위치를 차지하고 있습니다. 우리는 팹에서 지구의 현장, 심지어 우주까지 가스 감지 기능을 확장할 수 있었습니다. 인피콘 트랜스펙터® MPH 질량 분석기는 가장 낮은 수준의 가스를 빠른 속도로 감지할 수 있고 주요 종 검출에 필요한 질량 범위를 가지며 최고 수준의 성능이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었으며 최근에는 달 표면에 대한 역사적인 임무를 완수했습니다.

디아즈 박사는 이탈리아 국립 지구물리학 및 화산학 연구소(INGV)의 초청을 받아 에트나 화산에 대한 연구를 계속하고 있으며, 2018년에 멀티로터 드론과 기타 기기에 탑재된 INFICON XPR 질량 분석기를 테스트하여 화산 모니터링을 위한 활화산 배출 특성을 분석하면서 이 화산에 대한 연구를 시작하게 되었습니다. 그는 1995년 미네소타 대학교 박사 과정 중에 소형 및 현장 휴대용 가스 감지 기기를 개발하면서 이 연구를 시작했습니다. 가스 감지 기기와 로봇 기술을 결합하여 과학을 발전시키고 인간의 생명을 보호하는 것이 목표입니다.

가장 최근의 방문에서 팀은 로봇에서 가스 감지 페이로드의 엔지니어링 데모를 수행하고 달 아날로그 시나리오에서 우주 대상 기술을 테스트했습니다(Etna는 지형과 도전 조건이 유사하여 NASA와 ESA가 달과 행성 테스트를 위해 선택한 몇 안 되는 장소 중 하나입니다). 질량 분석 시스템, 전기 화학 센서, 적외선 센서, 현장 휴대용 시스템에 통합된 입자 센서 등 여러 인피콘 계측기를 테스트했습니다. 테스트는 풍선, 로봇, 드론, 휴대용 휴대용 기기 등 다양한 플랫폼을 사용하여 활화산, 후마롤, 분화구, 용암동굴에서 진행되었습니다.

테스트에는 다음이 포함되었습니다:

• ETH 로보틱스 시스템 연구소의 다리가 달린 로봇에 탑재된 가스 감지 페이로드인 ARAMMIS(자율 로봇, 지역 매핑, 모니터링 및 현장 가스 감지)가 사용되었습니다. 활화산에서 이 작업을 수행한 것은 이번이 처음입니다. ARAMMIS는 로봇의 메인 컴퓨터를 통해 작동하는 소형 휴대용 시스템과 롤 보호 케이지에 인피콘 트랜스펙터 MPH 4중극자 질량 분석기(2025년 3월 달에 착륙한 것과 동일한 것)를 사용합니다.
• 휴대용 및 드론 또는 로봇 작동을 위해 HAPSITE CDT와 함께 제공되는 다중 가스 감지 및 샘플링 장치인 HAPSITE Scout 프로토타입. 주요 가스 배출을 평가하고 원격 카트리지에 샘플을 수집하여 보다 심층적인 GC/MS 분석을 수행합니다.
• 분화구, 용암굴 등 달과 같은 거친 지형의 특성 분석을 위해 세레니티 롤링 로봇을 개발한 ETH 세레니티 포커스 프로젝트와 협력하여 가스 및 파라메트릭 특성 분석을 위한 소형 감지 패키지인 MAMBA(Multi-Sensor Atmospheric Monitoring for Baseline Analysis) 프로토타입을 개발했습니다. 이 시스템은 그로타 데이 람포니와 크라테르 델 라게토에서 테스트되었습니다.
• 프로젝트에 참여한 대학에서 개발한 가스 센서를 장착한 풍선과 소형 드론을 이용한 작업.

지구 인구의 매우 많은 부분이 활화산 주변에 살고 있습니다. 가스 누설 감지 및 분석을 통해 화산이 알려주는 정보를 '청취'함으로써 우리는 그 경고에 더 잘 대응할 수 있습니다. 측정하는 가스를 통해 더 많은 데이터를 수집하고 더 많은 시스템을 구축할수록 더 나은 예측 기능을 확보할 수 있습니다.

간단히 말해, 이 현장 가스 계측기를 다른 모니터링 매개변수에 통합하면 다른 인피콘 프로젝트에서 이미 지진 예측을 개선하고 있는 것과 마찬가지로 인명을 구할 수 있습니다.

화산 폭발은 마그마가 지표면으로 상승하여 가스를 방출하고 압력을 생성하여 진동(지진 활동) 및 기타 측정 가능한 변화를 일으킨 후 분화할 때 발생합니다.

디아즈 박사는 가스를 현장에서 측정함으로써 화산 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지 이해할 수 있다고 설명합니다. 새로운 마그마가 마그마 챔버를 채우면서 탈기체가 발생하고 가스 감지 장비를 통해 화산 기둥이나 푸마롤릭 필드에서 가스 농도 변화를 모니터링할 수 있습니다. 이러한 변화를 모니터링하면 높은 분화 활동의 트리거 또는 전구체를 발견할 수 있습니다.

에트나산 현장 캠페인은 로봇과 드론의 가스 감지 기기를 통합하고 화산 가스 배출량을 측정하여 화산 모니터링을 위한 일상적인 도구로 통합하는 기능을 시연함으로써 성공적이었습니다. 이러한 도구를 사용하면 화산 폭발 근처에서 위험한 작업을 수행하기 위해 사람을 보내지 않아도 됩니다.

디아즈 박사는 “매우 힘들고 기술적, 현장적 어려움이 많았지만 결국 성공했고, 프로토타입에서 제품으로 기술이 성숙해짐에 따라 계속 개선해 나갈 것”이라고 말했습니다. "연구 동료들과 협력하여 최신 기술, 플랫폼, 센서를 테스트하여 현장 화산 모니터링에 대한 이해를 높이기 위한 기능과 데이터 접근성을 향상시킨 것은 공동의 성과였습니다. 궁극적으로는 전 세계 화산 관측소의 일상적인 활동으로 구현되기를 희망합니다."

인피콘 외에도 다음과 같은 그룹이 참여했습니다: 카타니아, 로마, 팔레르모 INGV 연구 그룹과 ETH 취리히(스위스 취리히 연방 공과대학교), 카타니아 대학교, 팔레르모 대학교, 피사 대학교, 코스타리카 대학교의 연구진들이 참여했습니다.

디아즈 박사는 이 중요한 연구를 계속하기 위해 내년에 다시 돌아오기를 희망하고 있습니다. 인피콘은 현장 가스 감지 상용 파트너로서 자부심을 가지고 있습니다.