Mit Mathematik Menschen retten

Jedes Jahr ertrinken bei Schiffsunf?llen oder Flugzeugabst¨¹rzen hunderte Menschen auf dem offenen Meer. Seenotrettern bleibt nur wenig Zeit, Menschen zu bergen, die auf dem Wasser treiben, denn die Wahrscheinlichkeit, eine Person lebend zu finden, sinkt nach sechs Stunden signifikant. Neben den Gezeiten und wechselhaften Wetterbedingungen erschweren instabile K¨¹stenstr?mungen die Rettungsaktionen.

Ein internationales Team von Forschenden unter der Leitung von George Haller, Professor f¨¹r nichtlineare Dynamik an der ETH Z¨¹rich, hat die heute angewendeten Suchstrategien mit neuen Erkenntnissen zu solchen instabilen Str?mungen erweitert. Mittels Werkzeugen aus den dynamischen Systemtheorien sowie Daten der K¨¹stenwache hat das Team einen Algorithmus entwickelt, der voraussagen kann, wohin Menschen und Objekte an der Meeresoberfl?che getrieben werden. ?Wir hoffen, dass unsere Arbeit hilft, mehr Menschenleben zu retten?, sagt Mattia Serra, ehemaliger Postdoktorand an der ETH Z¨¹rich und nun Postdoc-Stipendiat in Harvard sowie Erstautor der k¨¹rzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications publizierten Studie.

Algorithmus f¨¹hrt zu den Vermissten

Bei heutigen Seenotrettungseins?tzen wird anhand von aufw?ndigen Modellen der Meeresdynamik und des Wetterberichts der Weg, den ein treibendes Objekt zur¨¹cklegt, vorausgesagt. Jedoch sind diese Vorhersagen in sich schnell ver?ndernden K¨¹stengew?ssern aufgrund unsicherer Parameter und fehlender Daten oft ungenau. Dies kann zur Folge haben, dass eine Suche am falschen Ort gestartet wird und dadurch viel Zeit verloren geht.

Durch mathematische Berechnungen haben die Forschenden entdeckt, dass sich Objekte, die an der Meeresoberfl?che treiben, an bestimmten kurven?hnlichen Linien sammeln. Diese sogenannten TRansient Attracting Profiles (TRAPs), also Profile mit vor¨¹bergehender Anziehung, sind von blossem Auge nicht erkennbar, k?nnen aber mit dem neuen Algorithmus des ETH-Teams aus den Str?mungsdaten der Meeresoberfl?che ermittelt werden. Sie erm?glichen eine schnelle und pr?zise Planung der Routen f¨¹r Rettungseins?tze, die weniger empfindlich auf unsichere Angaben zum Unfallzeitpunkt und ¨Cort reagieren.

Ein neues Werkzeug f¨¹r die Seenotrettung

In zwei getrennten Experimenten in der N?he von Martha¡¯s Vineyard vor der amerikanischen Nordostk¨¹ste testeten die Forschenden in Zusammenarbeit mit einem Team des Maschinenbaudepartements des MIT, einer Gruppe des Woods Hole Oceanographic Institution und der amerikanischen K¨¹stenwache den neuen Suchalgorithmus. Sie verwendeten dieselben Echtzeitdaten wie die amerikanische K¨¹stenwache und beobachteten, wie sich die ausgesetzten Bojen und Testpuppen entlang der berechneten Kurven sammelten. ?Wir testeten mehrere Ans?tze und dies war der einzige, der vor Ort durchgehend funktionierte?, betont Haller.

?Unsere Ergebnisse sind leicht interpretierbar, schnell verf¨¹gbar und g¨¹nstig umzusetzen?, sagt Serra. Zudem k?nnten mit der Methode auch gr?ssere auf der Meeresoberfl?che treibende Objekte berechnet werden, wie beispielsweise die Ausbreitung eines ?lteppichs. In einem n?chsten Schritt soll die Methode in weiteren Meeresregionen getestet werden. ?Wir hoffen, dass diese Methode zu einem Standardwerkzeug der K¨¹stenwache wird?, sagt Haller.