Contaminación del aire en Sudáfrica: nuevos dispositivos asequibles utilizan IA para monitorear puntos críticos en tiempo real

La calidad del aire se ha convertido en uno de los problemas de salud pública más importantes en África. La mala calidad del aire Mata a más personas en todo el mundo cada año que el VIH, la tuberculosis y la malaria juntosY eso es sólo la punta del iceberg. La contaminación del aire hace que las personas sean menos productivas porque sufren dolores de cabeza y se sienten cansadas.

La India, por ejemplo, tiene una mala calidad del aire. El impacto de la mala calidad del aire de la India en su producto interno bruto es de aproximadamente 100 mil millones de dólares estadounidenses cada año.

Se conocen los riesgos para la salud que supone la mala calidad del aire, pero siempre ha resultado costoso instalar estaciones de control para medirla periódicamente.

Yo soy un físico de partículasy director del Instituto de Física de Partículas del Colisionador de la Universidad de Witwatersrand y la Laboratorios iThemba para ciencias basadas en aceleradoresuna unidad de Sudáfrica Fundación Nacional de InvestigaciónComo parte de nuestras actividades de transferencia de tecnología, lanzamos el Consorcio Sudafricano de Monitoreo de la Calidad del Aireun equipo multidisciplinario de científicos con fuertes conexiones con los responsables políticos y que están interesados ​​en mejorar la calidad del aire en Sudáfrica.

Decidimos crear, por primera vez en Sudáfrica, un sistema rentable sistema de monitoreo de la calidad del aire Basado en sensores, Internet de las cosas e Inteligencia Artificial, hemos denominado a este sistema Aire.

Nuestro equipo de 25 personas cuenta con más de 20 años de experiencia como físicos de partículas trabajando con sensores, comunicaciones e inteligencia artificial. En física de partículas, creamos sistemas complejos con diferentes tecnologías y diferentes disciplinas. La física de partículas incluye ingeniería eléctrica y de la información, ciencia de datos e inteligencia artificial, entre otras.

Solo hay 130 grandes estaciones de medición de la calidad del aire En Sudáfrica, solo miden la calidad del aire en las inmediaciones de la estación. Por eso, necesitamos redes densas y rentables formadas por sistemas de aire acondicionado instalados alrededor de estas estaciones para medir la calidad del aire en un área mucho más amplia.

Nuestra visión es colocar decenas de miles de estos dispositivos en toda Sudáfrica.

Usando inteligencia artificial

Ai_r está formado por una colección de pequeñas cajas que cuestan unos 100 dólares fabricar. Las cajas se pueden montar en el alféizar de una ventana de cualquier edificio, donde toman muestras de aire y Envía estos datos a una nube en tiempo real.Los modelos y pronósticos se realizan con inteligencia artificial acoplada a la nube.

La inteligencia artificial no hace magia. Es un conjunto de herramientas matemáticas que los científicos controlan para realizar una tarea. Integra conjuntos de datos, aprende de ellos y crea modelos automáticos, lo que ahorra una enorme cantidad de recursos.

En el monitoreo de la calidad del aire, inteligencia artificial Aprenderemos de la gran cantidad de datos que estos sensores producirán y luego haremos predicciones. Por ejemplo, Ai_r podrá decirnos el impacto de los cambios climáticos en la calidad del aire para que sepamos qué áreas tendrán aire más contaminado.

Sin inteligencia artificialSería muy difícil idear un sistema rentable que pudiera monitorear la calidad del aire y darnos predicciones.

Medición de la calidad del aire en Johannesburgo

Al medir la calidad del aire, el objetivo es identificar los puntos críticos (donde la calidad del aire es peor), no sólo la calidad del aire promedio en la ciudad.

Un punto crítico de aire muy contaminado puede estar situado muy cerca de un punto frío donde la calidad del aire es mejor. Por razones de salud pública, necesitamos saber y poder prever dónde la calidad del aire será mala un día determinado. Solo así podremos convencer a las autoridades de que establezcan medidas para frenar la contaminación del aire en las zonas más afectadas.

Ya lo hemos puesto en marcha alrededor de 20 de los nuevos dispositivos en Soweto y Braamfontein En Johannesburgo se construirán 120 más en los próximos meses. Decenas de miles de vehículos circulan por ambas partes de la ciudad todos los días, lo que las expone a un alto riesgo de contaminación del aire.

También hemos colocado sensores de calidad del aire en el Universidad de Witwatersrand y LABORATORIOS iThembaTenemos un acuerdo con el Departamento de Educación de Gauteng para instalarlos en las escuelas de la zona de Soweto. Los hospitales del grupo privado Netcare también han acordado alojar los dispositivos de calidad del aire.

Hay una panel público en nuestra web donde podrás ver todos los datos que recopilamos.

El proyecto fue Lanzado en junio de 2024El gobierno ha reaccionado muy positivamente a esto y ahora estamos integrando el sistema al sistema oficial sudafricano de puntuaciones de calidad del aire. SAAQISTambién hemos recibido un fuerte apoyo de la ciudad de Johannesburgo para realizar más despliegues.

El sistema Ai_r mide materia particulada 2.5. Se trata de partículas extremadamente pequeñas de materia contaminante, como polvo, suciedad, hollín o humo. El problema con estas partículas es que las personas las inhalan. Se introducen en el torrente sanguíneo de las personas y pueden provocar ataques cardíacos, cáncer y otras enfermedades. Por eso, la cantidad de materia particulada 2,5 es típicamente utilizado como punto de referencia para la calidad del aire a nivel mundial.

Cómo funciona

El dispositivo de calidad del aire está alojado en una caja. Tiene un pequeño láser que dispara luz al aire. Dependiendo de cómo se dispersa y refleja esa luz, se puede medir la concentración de partículas. Luego, las mediciones se envían a la pequeña computadora dentro de la caja que se comunica a través de una antena cada cinco minutos, mediante tecnologías de Internet de las cosas, con un sistema basado en la nube donde se almacenan los datos. De esta manera, ya no es necesario que nadie esté allí para recolectar muestras de calidad del aire.

También hemos optimizado los dispositivos para que consuman muy poca electricidad. En caso de cortes de electricidad, los dispositivos tienen baterías económicas que duran varios días. Son muy fáciles de mantener y su implementación en Sudáfrica es asequible.

La red existente seguirá creciendo hasta convertirse, hacia finales de 2024, en el sistema de medición de la calidad del aire automatizado y rentable más grande de África.

Necesitamos medir la contaminación y determinar su gravedad para poder diseñar estrategias de mitigación que aborden las áreas problemáticas de manera muy eficaz. El objetivo es mejorar la calidad del aire para las personas más afectadas por la contaminación atmosférica.

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