Qualità dell’aria: mappe collaborative private

L’inquinamento da polveri sottili innesca qualsiasi tipo di problema di salute, ma il monitoraggio accurato della concentrazione nelle città e nelle regioni di campagna con centraline mobili delle ARPA richiederebbe una considerevole quantità di personale, oltre che una volontà in tal senso.

Ciò potrebbe diventare molto più facile con un sensore che si collega a uno smartphone – o comunque a Internet – e misura i livelli di polvere sottili nell’aria, come ad es. quello in fase di sviluppo presso l’Istituto di Tecnologia di Karlsruhe, in Germania, nell’ambito del progetto SmartAQnet, una rete “intelligente” a trama fine per la misurazione della qualità dell’aria finanziata da due Ministeri tedeschi.

L’idea è di utilizzare i dati aggregati di questi sensori collegati a smartphone – oppure fissi e collocati all’esterno della propria casa – per generare delle mappe di inquinamento “collaborative”. Alcuni progetti, come quello tedesco, si concentrano sulla misura delle concentrazioni di polveri sottili, altri su quelle delle sostanze inquinanti gassose più comuni emesse dalle varie sorgenti sul territorio.

Gli smartphone potrebbero essere facilmente adattati al compito di leggere i livelli di particolato, secondo i ricercatori, perché sono già in grado di emettere luce attraverso il flash a LED della fotocamera integrata. Infatti, un’app che stima l’inquinamento analizzando le foto è stata sviluppata già nel 2010. E collegando una trappola luminosa al telefono, è possibile consentire una misurazione più accurata.

Quante persone con questi sensori siano necessarie per ottenere una mappa affidabile e utile deve ancora essere determinato, ma i risultati già ottenuti con l’approccio collaborativo – ad esempio, nella misura dell’inquinamento radioattivo, dell’inquinamento acustico e dell’inquinamento luminoso – sono assai incoraggianti in tal senso. Rimandiamo, a riguardo, agli articoli nelle rispettive sezioni.

Metti infatti abbastanza sensori sul campo e aumenterai il livello dell’accuratezza, poiché le letture da sensori vicini potrebbero essere calibrate l’una nei confronti dell’altra come suggeriscono i ricercatori che lavorano alle mappe di inquinamento collaborative in tempo reale. Più il sensore usato è stabile e preciso, più le singole misurazioni diventano significative e meno importante è la densità delle misure.

Qui illustreremo due esempi di reti collaborative nate e famose negli Stati Uniti, illustrando i sensori mobili e le piattaforme che utilizzano per realizzare le mappe, e che possono venire utilizzate da cittadini di tutto il mondo. Per le reti e le mappe collaborative più “europee” – nonché per quelle che esistono o stanno per nascere in molte “smart city” – rimandiamo, invece, ai relativi articoli.

 

AirCasting

AirCasting è una soluzione open-source di Habitat Map – una no-profit newyorkese – per la raccolta, la visualizzazione e la condivisione di dati ambientali e sanitari tramite smartphone. Sfrutta sensori indossabili che rilevano i cambiamenti nell’ambiente e nella fisiologia, tra cui un monitor di qualità dell’aria palmare chiamato AirBeam, l’app AirCasting per Android, il sito web AirCasting e accessori a LED indossabili.

Uno dei sensori e l’app per smartphone di AirCasting.

L’AirBeam utilizza un metodo di diffusione della luce per misurare il particolato fine o PM2.5. L’aria viene aspirata in una camera di rilevamento in cui la luce proveniente da una lampadina a LED viene dispersa dalle particelle presenti nella corrente d’aria. Questa dispersione di luce è registrata da un rivelatore e convertita in una misurazione che stima il numero di particelle nell’aria.

Il leggero monitor di qualità dell’aria AirBeam, basato su un sensore standard commerciale e sulla moderna tecnologia GPS miniaturizzata, si adatta al palmo della tua mano e costa 250 dollari, ma si comporta in modo comparabile agli strumenti professionali standard da 5.000 dollari. Oltre al PM2,5 –il particolato fine che penetra nei polmoni e provoca l’ospedalizzazione e la morte prematura da malattie cardiache e respiratorie – esso misura la temperatura e l’umidità dell’aria.

Via Bluetooth, le misurazioni AirBeam vengono comunicate una volta al secondo all’app per Android AirCasting, che mappa e traccia i dati in tempo reale sullo smartphone. Alla fine di ogni sessione di AirCasting, i dati ottenuti vengono inviati al sito web di AirCasting, dove essi vengono raccolti in crowdsourcing insieme con i dati di altri AirCaster per generare mappe di a livello locale che indicano dove le concentrazioni di PM2.5 sono più alte e dove più basse.

Un esempio di mappa di AirCasting delle polveri sottili ottenuta grazie ai sensori AirBeam.

Gli accessori luminescenti AirCasting si collegano all’app AirCasting tramite Bluetooth per illuminare i LED in risposta alle misurazioni del sensore ricevute dall’app AirCasting: verde per una bassa intensità, quindi giallo, poi arancione e rosso per un’alta intensità. AirCasting Luminescence è stato sviluppato per comunicare le misurazioni del sensore senza il riferimento normalmente richiesto a un’interfaccia dello schermo e per stimolare l’interazione tra AirCaster.

L’AirBeam è solo uno strumento tra dozzine in grado di alimentare i dati nella piattaforma AirCasting. Esiste già un florido ecosistema di strumenti compatibili con AirCasting, alcuni creati da produttori, altri da aziende di elettronica di consumo, che possono connettersi all’app Android AirCasting per registrare dati sanitari e ambientali, inclusi, a titolo esemplificativo ma non esaustivo:

  • Livelli sonori registrati dal microfono del telefono (inquinamento acustico)
  • Concentrazioni di temperatura, umidità, monossido di carbonio (CO) e biossido di azoto (NO2) registrate dal monitor AirCasting Air;
  • Frequenza cardiaca, variabilità della frequenza cardiaca, frequenza respiratoria, livello di attività, accelerazione di picco e misurazioni della temperatura interna registrate da Zephyr BioHarness 3.

Il sistema AirCasting utilizza un monitor d’aria mobile abilitato per Bluetooth non molto più grande di uno smartphone per misurare, oltre che le polveri sottili, l’anidride carbonica (CO2), il monossido di carbonio (CO), il biossido di azoto (SO2) e altri inquinanti. Un’app per piattaforme Android accompagna il prodotto e registra e formatta le informazioni in una mappa delle emissioni.

Il monitor di qualità dell’aria AirBeam.

Per connettere il tuo dispositivo di rilevamento personalizzato all’app AirCasting, procedi come segue: dato che il sistema utilizza una scheda open-source Arduino, scarica lo sketch AirCasting Arduino per l’unità monitor AirCasting Air, che controlla i sensori e invia i dati all’app tramite Bluetooth. Usa l’app AirCasting per inviare i dati ai server AirCasting per la visualizzazione sul sito web AirCasting.

Il prossimo passo per HabitatMap è di trovare finanziamenti per distribuire i sensori a comunità a basso reddito particolarmente vulnerabili all’inquinamento atmosferico. Il crowdsourcing dei dati locali sulla qualità dell’aria in cui vivono le persone sarà inoltre utile per guidare le risposte politiche. Insomma, l’inizio di una “rivoluzione”, che nel caso di Aircasting parte dagli Stati Uniti.

 

Air Quality Egg

Un altro strumento – l’Air Quality Egg – esiste già sul mercato, pre-assemblato e pronto all’uso, e sfruttando le moderne tecnologie di microsensori e un’app per smartphone, consente ai cittadini comuni di portarlo con sé per affrontare in modo proattivo le fonti problematiche di inquinamento e contribuire a produrre una mappa collaborativa in tempo reale della qualità dell’aria.

Attualmente esistono 5 modelli tra cui scegliere per misurare un totale di 7 diversi inquinanti all’aperto: particolato fine (PM2,5), Composti Organici Volatili (VOC), biossido di azoto (NO2), biossido di zolfo (SO2), monossido di carbonio (CO), biossido di carbonio (CO2). Nel modello prescelto, inoltre, puoi selezionare dal menù dell’apparecchio gli inquinanti che desideri monitorare.

Puoi gestire il dispositivo ed i dati raccolti dal tuo telefono, nonché da una comoda pagina web. Puoi condividere i dati, e creare aggregazioni di dati da più dispositivi e condividerli con altri utenti, nonché cercare nella mappa mondiale nuovi utenti ed i relativi dati. Configura il dispositivo con l’app per smartphone e collegalo alla rete Wi-Fi per connetterti al server del servizio.

La mappa presente nel sito Air Quality Egg mostra il numero di “uova”, o sensori, presenti in una data zona. Ingrandendo la mappa, si può individuare la posizione dei singoli sensori.

Puoi visualizzare le letture in tempo reale o analizzare i tuoi dati nel tempo e confrontarli con quelli raccolti da altri Air Quality Egg. Puoi realizzare grafici in modo assai semplice grazie alla grafica integrata nella piattaforma, e selezionare i dati in maniera interattiva, zoomare sui grafici, catturare lo schermo grazie a una salvaschermo incorporato e, infine, scaricare i dati per analisi più dettagliate.

L’Air Quality Egg è una piattaforma hardware open source di Internet of Things (IoT), nata come dispositivo hobbistico per il monitoraggio degli inquinanti atmosferici. Essa è supportato da app di terze parti, ed ha ottenuto ampio riconoscimento quando è stata nominata miglior progetto 2012 di Kickstarter, ed articoli sono apparsi su giornali, magazine e perfino riviste scientifiche con peer-review.

L’Air Quality Egg è nata da gruppi di meetup di IoT a New York e Amsterdam. La WickedDevice LLC, la società che produce e vende questo prodotto dal suo sito web, è una start-up tecnologica con sede a Ithaca, New York. Originariamente c’erano due versioni del dispositivo: una per Arduino, per l’uso da parte di hobbisti e un dispositivo in “kit” più pronto, invece, per il consumatore.

Quest’ultimo è costituito da due involucri di plastica dall’aspetto identico che ricordano le uova di gallina. Un’unità – l’unità di base – è connessa alla connessione LAN Ethernet dell’utente. La seconda unità monitora i livelli degli inquinanti e invia queste letture ogni pochi minuti all’unità di base tramite un protocollo wireless personalizzato, come nei moderni sistemi di domotica.

L’interno delle due unità che compongono un Air Quality Egg.

Nonostante sia stato etichettato, specie inizialmente, come un prodotto “hobbistico” pronto per il consumatore, l’Air Quality Egg è di fatto uno dei pochi monitor di inquinamento di Internet of Things oggi commercialmente disponibili sul mercato statunitense. Per accelerare l’uscita sul mercato, la versione originale del prodotto aveva uno dei sensori non del tutto calibrato dal produttore.

 

Riferimenti bibliografici



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