Skip to main content

Wearable chemical sensors for public health-based business models

Article Category

Article available in the folowing languages:

Bezprzewodowy czujnik do monitorowania gazów cieplarnianych

Pomiar wahań gazów cieplarnianych i zanieczyszczeń powietrza ma kluczowe znaczenie dla oceny zarówno zmian klimatycznych, jak i zagrożeń dla zdrowia publicznego. Innowacje wprowadzane w technologii czujników, korzystające z możliwości technologii bezprzewodowej, mogą okazać się zwiastunem nowej ery w monitorowaniu.

Zdrowie

Wraz z początkiem rewolucji przemysłowej działalność człowieka powoduje dramatyczny wzrost stężenia dwutlenku węgla (CO2) w atmosferze. Pochłaniacze węgla – naturalne i sztuczne odbiorniki gromadzące i przechowujące zanieczyszczenia z powietrza i gazy cieplarniane – mogą pomóc obniżyć stężenie CO2 w atmosferze. Na Ziemi dwutlenek węgla pochłaniają przede wszystkim rośliny, oceany i gleba. Rośliny pobierają CO2 z atmosfery i wykorzystują go w fotosyntezie. Gdy rośliny umierają i ulegają rozkładowi, część węgla trafia do gleby. Oceany mają kluczowe znaczenie dla składowania CO2. „Monitorowanie źródeł zanieczyszczeń powietrza i gazów cieplarnianych oraz ich pochłaniaczy nie jest już zadaniem czysto naukowym”, wyjaśnia koordynator projektu WoRShIP Leif Vogel, kierownik działu innowacji i rozwoju w niemieckiej firmie WoePal. „Monitorowanie ma teraz znaczenie w licznych zastosowaniach. Narażenie na zanieczyszczenia powietrza jest jednym z kluczowych parametrów oceny zdrowia i dobrego samopoczucia, a w zastosowaniach rolniczych nowej generacji również kontroluje się poziom zanieczyszczeń oraz zmiany w stężeniu gazów cieplarnianych”. Mimo podejmowanych starań na rynku związanym z monitorowaniem nadal pozostaje pewna luka. Dostępne w sprzedaży tanie czujniki nie są wystarczająco czułe. Czujniki o odpowiedniej czułości są zbyt drogie, aby można je było stosować w liczbie odpowiednio dużej, by zapewnić pokrycie na szerszą skalę. Z kolei satelity dają wystarczająco duże pokrycie przestrzenne, ale ich rozdzielczość czasowa i przestrzenna jest zbyt niska.

Bezprzewodowa analiza zanieczyszczeń

Projekt WoRShIP powstał w odpowiedni na to wyzwanie. W raz z nim na rynek trafiły rozwiązania w zakresie monitorowania, które są w stanie zaspokoić przynajmniej część potrzeb przemysłu, nauki i społeczeństwa. Jedno z nich oparte jest na unikalnej technologii fotoakustycznej detekcji gazu, pionierem we wprowadzaniu której jest firma WoePal. Firma dostrzegła możliwość zastosowania tej technologii w małych, bardzo czułych systemach analizy gazów. Systemy takie mogą wykrywać szereg gazów cieplarnianych i zanieczyszczeń powietrza oraz przeprowadzać analizy strumienia i stężenia gazów cieplarnianych. Technologia ta jest wyjątkowa, gdyż w połączeniu z protokołami komunikacyjnymi, takimi jak Bluetooth czy Wi-Fi, można ją wykorzystać do budowy niedrogich bezprzewodowych sieci czujników, a nawet wykorzystać do konstruowania czujników gazów noszonych na ciele. „Projekt WoRShiP umożliwił nam zatrudnienie współpracownika ds. innowacji”, mówi Vogel. „Dzięki temu mogliśmy zająć się istotnymi aspektami dotyczącymi sprzętu i oprogramowania. To z kolei pozwoliło nam osiągnąć do punktu, w którym znajdujemy się obecnie, i przygotować modułową platformę oprogramowania niezbędną do pełnego wykorzystania tych innowacyjnych czujników”. Nową platformę można dostosować tak, by sprawdzała się w różnych scenariuszach, od gromadzenia danych dotyczących tłumu i rejestrowania odczytów pojedynczych czujników po tworzenie rozbudowanych sieci monitorowania statycznego, które umożliwią pomiar strumienia gazów cieplarnianych i wykrywanie wycieków. Aby pokazać możliwości platformy, przygotowano specjalną aplikację. Wymagało to symulacji 1 000 czujników gazu do noszenia na ciele, które zebrałyby około 4,5 miliona pojedynczych pomiarów temperatury, ciśnienia, wilgotności względnej i stężenia NO2.

Potencjalne nowe zastosowania

Vogel i jego zespół są przekonani, że ich innowacyjne rozwiązanie przyniesie korzyści wielu użytkownikom końcowym. Do grupy tej można zaliczyć obywateli, którzy zyskają dostęp do czujników zanieczyszczenia przeznaczonych do noszenia na ciele, ale także uczestników wielkoskalowych projektów monitorowania, mających oceniać schematy redukcji stężenia węgla. „Inne potencjalne zastosowania to inteligentne rolnictwo i monitorowanie wysypisk śmieci”, dodaje uczony. „Ta technologia otwiera również nowe możliwości w nauce, jak choćby monitorowanie strumieni gazu w odległych i trudno dostępnych miejscach”. Kolejne kroki przewidują przygotowanie platformy oprogramowania przeznaczonej do wprowadzenia na rynek, a także dalszy rozwój oprogramowania i czujnika. „Ten projekt przyniósł naszej strategii biznesowej niebywałe korzyści”, zauważa Vogel. „Mówi się, że nie można zarządzać tym, czego nie da się zmierzyć. Mamy nadzieję, że ta technologia pomoże sprostać wyzwaniom, takim jak zmiana klimatu czy zanieczyszczenie powietrza”.

Słowa kluczowe

WoRShIP, zmiany klimatyczne, CO2, atmosfera, gleba, rośliny, zanieczyszczenia, powietrze

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania