Las tecnologías de sensor avanzadas permiten un control personalizado de la calidad del aire

Está a nuestro alrededor, pero a menos que haya un problema, generalmente no nos preocupamos por lo que hay en el aire que respiramos. Tanto en entornos interiores como exteriores, la mala calidad del aire puede tener un gran impacto en nuestra salud y bienestar. Dos indicadores importantes para la medición de la contaminación del aire son las partículas pequeñas (PM) de 2,5 µm (micrones) o menos (PM2,5) y los compuestos orgánicos volátiles (COV). Son, por ejemplo, emitidos en los hogares por chimeneas y velas durante los procesos de combustión. Los objetos cotidianos como productos de limpieza, muebles o textiles también pueden emitir COV. Este artículo proporciona información sobre las nuevas tecnologías de detección de PM2.5 y COV que permiten el monitoreo personal de la calidad del aire para mejorar la salud y el bienestar de las personas.

Monitorización personal de PM2.5

Sabemos que la exposición al material particulado puede causar graves problemas de salud, y la Organización Mundial de la Salud (OMS) dice:"Al reducir los niveles de contaminación del aire, los países pueden reducir la carga de morbilidad por accidente cerebrovascular, enfermedades cardíacas, cáncer de pulmón y enfermedades respiratorias crónicas y agudas, incluido el asma ”. ¹

Si bien el material particulado viene en una amplia gama de tamaños de partículas, el mayor impacto en la salud humana proviene de las partículas en el rango de PM2.5, ² que tienen un diámetro inferior a 2,5 µm. Estas diminutas partículas de PM2.5 pueden ingresar fácilmente a los pulmones y causar serios problemas de salud. Aunque la investigación aún está en curso, existe evidencia de que la exposición a PM2.5 puede estar relacionada con la sensibilidad a enfermedades virales, incluido el SARS-CoV-2, como se discutió en un estudio reciente de la Universidad de Harvard. ³

Las estaciones oficiales de monitoreo de la calidad del aire proporcionan solo datos consolidados o promediados para el entorno exterior sin los datos correspondientes del aire interior. No generan información personalizada y miden la calidad del aire solo en su vecindad inmediata que se promedia durante un período de tiempo y, por lo tanto, carecen de información en tiempo real para rastrear el entorno que cambia rápidamente a nuestro alrededor y para monitorear las fluctuaciones en los niveles locales de PM.

Un dispositivo portátil de medición de la calidad del aire o un dosímetro para medir la contaminación del aire, por ejemplo, en nuestros teléfonos inteligentes o dispositivos portátiles, podría resolver este problema. Hasta ahora, los sensores PM2.5 simplemente eran demasiado grandes para dispositivos móviles. Bosch Sensortec ha desarrollado recientemente una tecnología de sensores que ahora puede hacer que el monitoreo de la exposición personal a la contaminación del aire sea una realidad viable.

Con la nueva tecnología PM2.5 de Bosch, ahora es posible integrar la detección de PM2.5 en dispositivos móviles para medir la exposición diaria de una persona a la PM. Se pueden mostrar al usuario datos y tendencias sobre los niveles de contaminación local a los que está expuesto. El monitoreo de la exposición personal a la contaminación del aire (por ejemplo, con el teléfono inteligente) permite a los usuarios obtener información confiable y transparente, lo que les permite tomar medidas y minimizar su exposición a PM2.5 de acuerdo con las pautas de calidad del aire de la OMS. ⁴ Esto puede ayudar a mejorar la salud y el bienestar de las personas.

Por ejemplo, Figura 1 muestra una aplicación de demostración del dosímetro PM2.5 que se creó en colaboración con la empresa BreezoMeter. La aplicación Dosímetro calcula la exposición personal diaria a las partículas mediante la combinación de los datos de partículas medidos localmente con la tecnología del sensor Bosch PM 2.5 y los datos de contaminación del aire de BreezoMeter.

Figura 1:Dosímetro de medición de partículas

Tecnología de sensor de partículas diminutas

Los sensores de PM de consumo ópticos convencionales se basan en un ventilador incorporado para extraer aire a través de una celda, donde se registra el recuento de partículas y se calcula la concentración por unidad de volumen. El problema con este enfoque es el gran tamaño físico de dicho sensor, generalmente del tamaño de una caja de cerillas, lo que lo hace poco práctico para su uso en un dispositivo portátil plano como un teléfono inteligente.

La tecnología de sensor de PM única desarrollada recientemente por Bosch Sensortec solo necesita un flujo de aire ambiental natural para funcionar. Se basa en un principio similar a una cámara, en el que tres láseres seguros para los ojos de Clase 1 están integrados detrás de una cubierta de vidrio, de manera similar a las cámaras de un teléfono inteligente.

Este enfoque novedoso permite a Bosch Sensortec desarrollar una solución de detección de PM con dimensiones físicas dramáticamente más pequeñas, que ocupa aproximadamente una quincena (0,2%) del volumen de otras soluciones en el mercado. Esta reducción al tamaño de un cabezal de fósforo hace que esta nueva tecnología sea ideal para la medición personal de PM2.5 en dispositivos de consumo. Tiene un bajo consumo de energía, no necesita mantenimiento y se puede integrar en una aplicación impermeable.

Detección de COV

Otra fuente de preocupación en el aire son los compuestos orgánicos volátiles (COV), que es un grupo bastante grande de gases químicamente reactivos que pueden aparecer en cualquier habitación. Dado que las personas suelen pasar el 90% de su vida en interiores, la concentración de COV en el aire ambiente interior puede afectar significativamente nuestro bienestar y salud.

Un sensor de COV puede detectar una amplia gama de gases tanto en el interior de los edificios como en el exterior, como compuestos de (hidro-) carbono (p. Ej., Alcohol o CO), compuestos de sulfuro (que provocan olores desagradables, p. Ej., H ₂ S) y disolventes (por ejemplo, acetona). Vienen, por ejemplo, de pinturas, lacas o detergentes. En una casa inteligente, la información de COV ayuda a controlar múltiples dispositivos, como encender y apagar una campana de cocina o encender un purificador de aire. Además, se puede utilizar para generar alertas; por ejemplo, detectando un incendio o incluso comida en mal estado en un frigorífico. Los datos de COV también se pueden utilizar con otras aplicaciones de Internet de las cosas; por ejemplo, optimizar la ventilación en un edificio de oficinas en función de la calidad del aire.

Figura 2:Impacto de los COV y PM2.5 en la calidad del aire

Para medir los COV, Bosch ha desarrollado un sensor de gas compacto y de alto rendimiento. El BME680 es la solución más pequeña del mundo que proporciona un control de la calidad del aire cuatro en uno. Puede medir la temperatura ambiente, la presión barométrica, la humedad relativa y los gases y está alojado en un ³ de 3 × 3 × 0,93 mm. paquete. Funciona en el rango de potencia ultrabaja, hasta menos de 0,1 mA.

El sensor puede distinguir entre aire fresco (es decir, aire limpio, principalmente nitrógeno, oxígeno y humedad) y aire usado con contaminantes adicionales. Normalmente, cuando hay personas presentes en las habitaciones, el aire exhalado es una de las razones más importantes de la mala calidad del aire. Conocer la cantidad de aire exhalado contenido en el aire ambiente ayuda a optimizar la ventilación y, por lo tanto, ayuda a prevenir la transmisión aérea de infecciones como el SARS-CoV-2. ⁵ Aunque los sensores de COV no pueden detectar virus directamente, contribuyen indirectamente a la salud y el bienestar de las personas.

El software inteligente convierte los datos recopilados del sensor en salidas útiles para los usuarios. Combinando técnicas modernas de detección de gases con inteligencia artificial, ahora se pueden reconocer y clasificar diferentes condiciones ambientales, lo que permite muchas aplicaciones nuevas.

Consideremos un ejemplo avanzado de evaluación de riesgos para el mapeo del clima forestal y la detección temprana de incendios forestales. Primero, una red de sensores traza un mapa de toda el área con una vista en tiempo real de todas las actividades ambientales. En segundo lugar, el aprendizaje automático se utiliza para crear un modelo matemático basado en datos sin procesar para clasificar y predecir diferentes situaciones y evaluar el riesgo. Y tercero, la IA de borde se utiliza para adaptar el producto final a las condiciones específicas del área del usuario individual y para reducir el consumo de energía.

Figura 3:El ejemplo del clima forestal

Otra aplicación podría detectar cuándo es necesario cambiar el pañal de un bebé. El hardware del sensor puede medir la temperatura, la presión, la humedad y la presencia de gases, pero los padres no quieren este nivel de detalle; solo necesitan saber cuándo es necesario actuar. Dado que aproximadamente el 19% de la población mayor de 20 años sufre trastornos del olfato, esta información "básica" puede ayudarlos a recuperar algo de calidad de vida. ⁶ Se puede utilizar un modelo matemático, desarrollado con aprendizaje automático, para traducir los datos sin procesar del sensor en una indicación de estado simple, con AI ajustando el modelo en funcionamiento.

Figura 4:La aplicación del pañal

Bosch está ampliando aún más el rango del sensor de gas para agregar nuevas capacidades y permitir nuevos casos de uso. Las nuevas tecnologías de detección de gas incluirán software más sofisticado y una gama más amplia de capacidades de detección de gas. Por ejemplo, el sensor de gas podría detectar diferentes composiciones de gas que, en comparación con los datos de referencia, permitirían identificar los olores ( Figura 5 ). Ejemplos de casos de uso podrían ser el monitoreo del estado de limpieza de los espacios públicos, la clasificación del mal aliento o la detección de alimentos en mal estado.

Figura 5:La detección ambiental detecta diferentes composiciones de gas.

Conclusión

Al generar datos de calidad del aire personalizados, precisos y en tiempo real, estas nuevas tecnologías de sensores cambiarán la forma en que evaluamos la calidad del aire que nos rodea y nos permitirán responder en consecuencia. Planificaremos mejor cuándo estar al aire libre para adaptar nuestros desplazamientos o actividades deportivas. Gestionaremos la calidad del aire dentro de nuestras viviendas controlando la ventilación y evitando la generación de partículas. Cuando se adapta a una escala más amplia, esto también nos ayudará a tomar decisiones informadas; por ejemplo, al mudarse a una nueva zona o al decidir dónde ir de vacaciones. Con la creciente conciencia de mantener el medio ambiente y nosotros mismos saludables, la demanda de aplicaciones de calidad del aire seguirá creciendo en el futuro.

Las tecnologías de detección de la calidad del aire de Bosch son lo suficientemente pequeñas para usarse en dispositivos portátiles planos como teléfonos inteligentes y lo suficientemente económicas para una amplia adopción, lo que brindará beneficios notables tanto para el individuo como para la sociedad en general.

Referencias

¹ OMS, "Contaminación del aire ambiental (exterior)", https://www.who.int/news-room/…

² Departamento de Medio Ambiente, Alimentación y Asuntos Rurales, Salud Pública:"Fuentes y efectos de PM2.5", https://laqm.defra.gov.uk/publ…

³ Universidad de Harvard, "Vinculación de la contaminación del aire con tasas más altas de muerte por coronavirus", https://www.hsph.harvard.edu/b…

⁴ https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-quality-and-health

⁵ Environment international:“Transmisión aérea del SARS-CoV-2:El mundo debería afrontar la realidad”, 2020, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016041202031254X

⁶ Harvard Medical School:"Trastornos del olfato:cuando su sentido del olfato se extravía", 2018, https://www.health.harvard.edu/blog/smell-disorders-when-your-sense-of-smell-goes-astray -2018121215539

>> Este artículo se publicó originalmente el nuestro sitio hermano, EEWeb.