Sensores más inteligentes, ciudades más limpias: cómo la IA y los satélites ayudan a combatir la contaminación atmosférica urbana
La contaminación atmosférica causa millones de muertes en todo el mundo. Conozca cómo las innovaciones financiadas por la UE, como los sensores inteligentes en farolas y los datos satelitales, están transformando la forma en que las ciudades detectan, mapean y combaten el smog urbano para proteger la salud humana.
El smog urbano es una amenaza importante para la salud humana. Nuevos sensores y técnicas de recolección de datos ayudarán a mejorar la calidad del aire.
Cada día, realizamos aproximadamente 20 000 respiraciones. El oxígeno del aire nutre las células de nuestro cuerpo. Pero cuando el aire que respiramos contiene partículas nocivas y sustancias químicas, esos contaminantes también pueden llegar a nuestro organismo.
La contaminación del aire es una de las mayores amenazas para la salud humana y mata a millones de personas en todo el mundo cada año. Según las estimaciones de la World Health Organisation (WHO) en 2019, el 99% de la población mundial vivía en lugares donde la calidad del aire no cumplía las directrices de la WHO.
In the European Union the same year, 307 000 people died prematurely as a result of chronic exposure to tiny particles of pollution, according to the European Environment Agency's report on air quality in Europe.Minimal measuring
Para reducir la contaminación del aire, las ciudades y municipios primero necesitan medirla. Pero el equipo tradicional es caro y voluminoso.
'Es un gran contenedor, de tres por cuatro metros, con su propio aire acondicionado y electricidad 24/7', dijo Leonardo Santiago de Bettair Cities, que coordinó un proyecto financiado por Horizon para impulsar una tecnología de medición más ágil. 'Y luego tienen que tener personas especializadas para hacer el mantenimiento.'
La aparición de mejores métodos para medir y mapear la contaminación del aire no puede llegar lo suficientemente pronto.
Beneficios de costos
Si una ciudad de la UE tiene más de 100 000 habitantes, las normas europeas exigen que monitorice la calidad del aire. El gasto y las molestias de las estaciones de monitoreo tradicionales hacen que muchas ciudades más pequeñas exentas de la obligación de realizar la comprobación no lo hagan, y que las ciudades más grandes utilicen solo un puñado, según Santiago.
'Con el número de estaciones que una ciudad suele tener, no es suficiente para crear un mapa real', dijo. 'Normalmente utilizan modelos matemáticos para estimar lo que está sucediendo, pero no ven la realidad.'
Llamado MappingAir, el proyecto Horizon creó una plataforma que utiliza datos de una red de sensores menos costosos desarrollados por la empresa española Bettair Cities. Los sensores de la compañía, con forma de casco, se colocan debajo de las bombillas de las farolas inteligentes, comprobando el aire en busca de contaminantes.
Las estaciones de monitoreo tradicionales cuestan más de 200 000 €, mientras que los sensores más pequeños tienen un precio de alrededor de 4 000 € y no requieren un mantenimiento frecuente y especializado.
Además de establecer la plataforma de monitoreo, el proyecto, que finalizó el mes pasado después de tres años, permitió a Bettair Cities transformar su sensor de un prototipo en un producto listo para usar.
Sensores ágiles
El dispositivo se utiliza actualmente en semáforos y luces de varias ciudades europeas y sudamericanas, con la prueba más grande en Roma. Algunos de estos sensores forman parte de ensayos para demostrar su eficacia, mientras que otros son instalaciones comerciales. Más metrópolis han mostrado interés, dijo Santiago.
Dentro de su carcasa de plástico, el sensor contiene celdas electroquímicas que detectan la presencia de contaminantes. Sin embargo, estas celdas también reaccionan a la humedad y la temperatura, lo que puede distorsionar sus lecturas.
'Lo que hemos hecho es utilizar inteligencia artificial para analizar cómo todas estas variables afectan al sensor', dijo Santiago. Los algoritmos de IA eliminan efectivamente el ruido en los datos causado por otras variables, incluida la humedad y la temperatura.
Cuando los datos del sensor se introducen en la 'caja negra llena de inteligencia artificial' de la empresa, la salida es información de contaminación que coincide con la producida por las estaciones tradicionales del tamaño de un contenedor aproximadamente el 94% de las veces, según Santiago.
Los propietarios necesitan reemplazar las celdas solo cada dos años, mucho menos que el mantenimiento regular de las estaciones tradicionales. Un beneficio adicional de los sensores es que también contienen monitores de contaminación acústica.
En las alturas
Los investigadores también están recurriendo a los cielos para abordar la contaminación del aire urbana.
Utilizando satélites junto con estaciones de monitoreo, un proyecto de investigación separado ha generado mapas de calidad del aire para varias ciudades de todo el mundo.
'Cuando combinamos datos de observación de la Tierra con datos socioeconómicos, incluidos datos de salud, nos acercamos mucho más a los problemas reales, o a las razones reales de los problemas', dijo Evangelos Gerasopoulos, líder del Health Surveillance Air Quality Pilot. 'Entonces también estamos un paso más cerca de la toma de decisiones.'
Su trabajo es parte de e-shape, un proyecto Horizon que aprovecha la abundancia de datos de la infraestructura de observación de la Tierra de Europa para el beneficio de las personas en campos que van desde la agricultura y la energía hasta la salud y el agua.
'e-shape se construyó con y para los usuarios', dijo Thierry Ranchin, director del Centre Observation, Impacts, Energy en MINES ParisTech en Francia y coordinador científico de e-shape.
La plataforma Teaser del piloto de calidad del aire ofrece a los usuarios (municipios, empresas y particulares, por ejemplo) una muestra de lo que es posible combinando datos de observación de la Tierra, salud y socioeconómicos de 2018 a 2020.
Para decenas de ciudades de todo el mundo, la plataforma basada en la nube ofrece un índice de riesgo agregado, utilizado para evaluar el impacto de la calidad del aire en la salud.
Por ejemplo, durante los meses de invierno, las principales arterias viales de Atenas son una fuente de contaminación del aire, pero también resultan ser áreas muy pobladas. El mapa muestra no solo la extensión de la contaminación sino también la exposición de las personas en riesgo.
'Proporcionamos una ventanilla única', dijo Gerasopoulos, que trabaja en el National Observatory of Athens en Grecia.
Datos personalizados
Para un puñado de ciudades, el proyecto se asoció con usuarios locales para adaptar los datos a sus necesidades. Eleni Athanasopoulou, que también trabaja en el National Observatory of Athens, proporcionó los siguientes ejemplos de tales experiencias de codiseño.
En Atenas, el equipo del programa piloto Health Surveillance Air Quality trabajó con la ciudad y otras partes interesadas para cartografiar la exposición del público a nivel de calle a los compuestos químicos comunes procedentes de los vehículos. En respuesta a los hallazgos del piloto, el Ministerio de Salud griego, ante datos que ilustraban el alcance del riesgo de contaminación atmosférica, reforzó su vigilancia ambiental.
En Helsinki, el proyecto piloto trabajó con el Gobierno finlandés y el sector privado para determinar cómo afectaban las industrias de los alrededores de la ciudad a la calidad del aire para los residentes. En Múnich, el enfoque fue la distribución espacial de la contaminación atmosférica, permitiendo a los usuarios ampliar la información sobre códigos postales específicos. Y en Bari, Italia, se combinaron los datos de contaminación atmosférica con la densidad de población y se vincularon con los objetivos de desarrollo sostenible.
Estos ejemplos muestran tanto las múltiples formas en que puede aplicarse la información de observación de la Tierra como el poder de combinar datos, afirmó Gerasopoulos.
«Si acudimos a comunidades distintas, como la comunidad sanitaria, puede que no tengan idea de dónde encontrar nuestro tipo de datos de observación de la Tierra y nosotros no sepamos cómo acceder a sus datos», señaló. «El proyecto demuestra la capacidad, las perspectivas y el potencial de reunirlos a todos.»
Originally published in Horizon MagazineImage credit: asierromero / Freepik (thematic illustration).Tags: urban air pollution, AI air quality sensors, smart cities pollution monitoring, MappingAir project, air pollution health risks, Horizon 2020 environmental projects, Bettair Cities, Earth observation air quality, climate and health data, sustainable urban living