Sensori più intelligenti, città più pulite: come l'IA e i satelliti aiutano a combattere l'inquinamento atmosferico urbano
L'inquinamento atmosferico causa milioni di morti in tutto il mondo. Scopri come le innovazioni finanziate dall'UE, come i sensori intelligenti per l'illuminazione stradale e i dati satellitari, stanno trasformando il modo in cui le città rilevano, mappano e combattono lo smog urbano per proteggere la salute umana.
Lo smog urbano è una grave minaccia per la salute umana. Nuovi sensori e tecniche di raccolta dati aiuteranno a migliorare la qualità dell'aria
Ogni giorno facciamo circa 20.000 respiri. L'ossigeno nell'aria nutre le cellule del nostro corpo. Ma quando l'aria che respiriamo contiene particolato e sostanze chimiche nocive, questi contaminanti possono anche penetrare nel nostro corpo.
L'inquinamento atmosferico è una delle più grandi minacce per la salute umana e uccide milioni di persone in tutto il mondo ogni anno. Secondo le stime della World Health Organisation (WHO) nel 2019, il 99% della popolazione globale viveva in luoghi in cui la qualità dell'aria non soddisfaceva le linee guida della 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
Per ridurre l'inquinamento atmosferico, le città e i comuni devono prima misurarlo. Ma le apparecchiature tradizionali sono costose e ingombranti.
'È un grande container, tre per quattro metri, con il proprio condizionatore e elettricità 24/7,' ha affermato Leonardo Santiago di Bettair Cities, che ha coordinato un progetto finanziato da Horizon per stimolare una tecnologia di misurazione più agile. 'E poi devono avere personale specializzato per la manutenzione.'
Trovare metodi migliori per misurare e mappare l'inquinamento atmosferico non arriva mai troppo presto.
Vantaggi economici
Se una città dell'UE ha più di 100.000 abitanti, le norme europee richiedono che monitori la qualità dell'aria. Il costo e la complicazione delle tradizionali stazioni di monitoraggio fanno sì che molte città più piccole, esenti dall'obbligo di effettuare i controlli, non lo facciano – e che le città più grandi ne utilizzino solo una manciata, secondo Santiago.
'Con il numero di stazioni che una città di solito ha, non è sufficiente per creare una mappa reale,' ha detto. 'Normalmente usano modelli matematici per stimare cosa sta succedendo, ma non vedono la realtà.'
Chiamato MappingAir, il progetto Horizon ha creato una piattaforma che attinge ai dati di una rete di sensori meno costosi sviluppati dall'azienda spagnola Bettair Cities. I sensori a forma di casco dell'azienda sono posizionati sotto le lampadine dei lampioni intelligenti, rilevando gli inquinanti nell'aria.
Le stazioni di monitoraggio tradizionali costano oltre 200.000 €, mentre i sensori più piccoli hanno un prezzo di circa 4.000 € e non richiedono una manutenzione frequente e specializzata.
Oltre a istituire la piattaforma di monitoraggio, il progetto, conclusosi il mese scorso dopo tre anni, ha permesso a Bettair Cities di trasformare il suo sensore da prototipo a prodotto pronto all'uso.
Sensori agili
Il dispositivo è attualmente utilizzato in lampioni stradali e semafori in diverse città europee e sudamericane, con il test più grande a Roma. Alcuni di questi sensori fanno parte di sperimentazioni per dimostrare la loro efficacia, mentre altri sono installazioni commerciali. Altre metropoli hanno mostrato interesse, ha affermato Santiago.
All'interno del suo guscio di plastica, il sensore contiene celle elettrochimiche che rilevano la presenza di inquinanti. Tuttavia, queste celle reagiscono anche all'umidità e alla temperatura, il che può distorcere le loro letture.
'Quello che abbiamo fatto è usare l'intelligenza artificiale per analizzare come tutte queste variabili influenzano il sensore,' ha affermato Santiago. Gli algoritmi di IA eliminano efficacemente il rumore nei dati causato da altre variabili, tra cui umidità e temperatura.
Quando i dati dei sensori vengono inseriti nella 'scatola nera piena di intelligenza artificiale' dell'azienda, l'output sono informazioni sull'inquinamento che coincidono con quelle prodotte dalle tradizionali stazioni delle dimensioni di un container circa il 94% delle volte, secondo Santiago.
I proprietari devono sostituire le celle solo ogni due anni – molto meno della manutenzione regolare per le stazioni tradizionali. Un ulteriore vantaggio dei sensori è che contengono anche monitor per l'inquinamento acustico.
In alto nel cielo
I ricercatori stanno anche esplorando i cieli per affrontare l'inquinamento atmosferico urbano.
Utilizzando satelliti insieme a stazioni di monitoraggio, un progetto di ricerca separato ha generato mappe della qualità dell'aria per varie città in tutto il mondo.
'Quando combiniamo i dati di osservazione della Terra con dati socio-economici, compresi i dati sanitari, ci avviciniamo molto di più ai problemi reali, o alle vere ragioni dei problemi,' ha affermato Evangelos Gerasopoulos, responsabile del Health Surveillance Air Quality Pilot. 'Siamo anche un passo più vicini al processo decisionale.'
Il suo lavoro fa parte di e-shape, un progetto Horizon che sfrutta l'abbondanza di dati provenienti dall'infrastruttura europea di osservazione della Terra a beneficio delle persone in settori che vanno dall'agricoltura e energia alla salute e acqua.
'e-shape è stato costruito con e per gli utenti,' ha affermato Thierry Ranchin, direttore del Centre Observation, Impacts, Energy presso MINES ParisTech in Francia e coordinatore scientifico di e-shape.
La piattaforma Teaser del progetto pilota sulla qualità dell'aria offre agli utenti – comuni, aziende e privati, ad esempio – un assaggio di ciò che è possibile combinando dati di osservazione della Terra, sanitari e socio-economici dal 2018 al 2020.
Per decine di città in tutto il mondo, la piattaforma basata su cloud offre un indice di rischio aggregato – utilizzato per valutare l'impatto della qualità dell'aria sulla salute.
Ad esempio, durante i mesi invernali, le principali arterie stradali di Atene sono una fonte di inquinamento atmosferico, ma queste sono anche aree ad alta densità di popolazione. La mappa mostra non solo l'estensione dell'inquinamento ma anche l'esposizione delle persone a rischio.
'Abbiamo fornito un punto di accesso unico,' ha affermato Gerasopoulos, che lavora presso il National Observatory of Athens in Grecia.
Dati personalizzati
Per una manciata di città, il progetto ha collaborato con utenti locali per adattare i dati alle loro esigenze. Eleni Athanasopoulou, che lavora anch'essa presso il National Observatory of Athens, ha fornito i seguenti esempi di tali esperienze di co-progettazione.
Ad Atene, il team del Health Surveillance Air Quality Pilot ha collaborato con la città e altri stakeholder per mappare l'esposizione del pubblico a livello stradale alle comuni sostanze chimiche provenienti dai veicoli. In risposta ai risultati del progetto pilota, il ministero della Salute greco, di fronte a dati che illustravano l'entità del rischio di inquinamento atmosferico, ha rafforzato il proprio monitoraggio ambientale.
A Helsinki, il progetto pilota ha collaborato con il governo finlandese e il settore privato per determinare come le industrie intorno alla città influenzassero la qualità dell'aria per i residenti. A Monaco, l'attenzione era rivolta alla distribuzione spaziale dell'inquinamento atmosferico, consentendo agli utenti di ingrandire specifici codici postali. E a Bari, in Italia, i dati sull'inquinamento atmosferico sono stati combinati con la densità di popolazione e collegati agli obiettivi di sviluppo sostenibile.
Questi esempi mostrano sia i molti modi in cui le informazioni di osservazione della Terra possono essere applicate sia la potenza della combinazione dei dati, ha affermato Gerasopoulos.
'Se ci rivolgiamo a comunità diverse come la comunità sanitaria, potrebbero non avere idea di dove trovare il nostro tipo di dati di osservazione della Terra e noi non sappiamo come ottenere i loro dati', ha detto. 'Il progetto dimostra la capacità, le prospettive e il potenziale di riunirli tutti insieme.'
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