Teknologi sensor canggih memungkinkan pemantauan kualitas udara yang dipersonalisasi

Itu ada di sekitar kita, tetapi kecuali ada masalah, kita biasanya tidak peduli dengan apa yang ada di udara yang kita hirup. Baik di lingkungan dalam maupun luar ruangan, kualitas udara yang buruk dapat sangat memengaruhi kesehatan dan kesejahteraan kita. Dua indikator penting untuk pengukuran polusi udara adalah partikel kecil (PM) 2,5 m (mikron) atau kurang (PM2,5) dan senyawa organik volatil (VOC). Mereka, misalnya, dipancarkan di rumah tangga oleh perapian dan lilin selama proses pembakaran. Benda sehari-hari seperti perlengkapan kebersihan, furnitur, atau tekstil juga bisa mengeluarkan VOC. Artikel ini memberikan wawasan tentang teknologi penginderaan PM2.5 dan VOC baru yang memungkinkan pemantauan kualitas udara pribadi untuk meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan masyarakat.

Pemantauan PM2.5 pribadi

Kita tahu bahwa paparan partikel dapat menyebabkan masalah kesehatan yang serius, dan Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) mengatakan, “Dengan mengurangi tingkat polusi udara, negara dapat mengurangi beban penyakit dari stroke, penyakit jantung, kanker paru-paru, dan penyakit pernapasan kronis dan akut, termasuk asma.” ¹

Meskipun partikel hadir dalam berbagai ukuran partikel, dampak terbesar bagi kesehatan manusia berasal dari partikel dalam kisaran PM2.5, ² yang diameternya lebih kecil dari 2,5 m. Partikel PM2.5 yang sangat kecil ini dapat dengan mudah masuk jauh ke dalam paru-paru dan menyebabkan masalah kesehatan yang serius. Meskipun penelitian masih berlangsung, ada bukti bahwa paparan PM2.5 dapat dikaitkan dengan kepekaan terhadap penyakit virus, termasuk SARS-CoV-2, seperti yang dibahas dalam penelitian terbaru oleh Universitas Harvard. ³

Stasiun pemantauan kualitas udara resmi hanya menyediakan data gabungan atau rata-rata untuk lingkungan luar ruangan tanpa data udara dalam ruangan yang sesuai. Mereka tidak menghasilkan informasi yang dipersonalisasi dan mengukur kualitas udara hanya di sekitar mereka yang dirata-ratakan selama periode waktu tertentu, dan dengan demikian mereka kekurangan informasi waktu nyata untuk melacak lingkungan yang berubah dengan cepat di sekitar kita dan untuk memantau fluktuasi tingkat PM lokal.

Alat pengukur kualitas udara portabel atau dosimeter untuk pengukuran polusi udara — misalnya, di ponsel cerdas atau perangkat yang dapat dikenakan kami — dapat mengatasi masalah ini. Sampai saat ini, sensor PM2.5 terlalu besar untuk perangkat seluler. Bosch Sensortec baru-baru ini mengembangkan teknologi sensor yang kini dapat membuat pemantauan paparan pribadi terhadap polusi udara menjadi kenyataan yang layak.

Dengan teknologi baru Bosch PM2.5, sekarang dimungkinkan untuk mengintegrasikan penginderaan PM2.5 ke perangkat seluler untuk mengukur paparan harian seseorang terhadap PM. Pengguna dapat diperlihatkan data dan tren tentang tingkat polusi lokal yang mereka hadapi. Memantau paparan pribadi terhadap polusi udara (misalnya, dengan ponsel cerdas) memungkinkan pengguna mendapatkan informasi yang andal dan transparan, yang memungkinkan mereka mengambil tindakan dan meminimalkan paparan PM2.5 sesuai dengan pedoman kualitas udara WHO. ⁴ Ini dapat membantu meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan masyarakat.

Misalnya, Gambar 1 menunjukkan aplikasi demonstrasi PM2.5 Dosimeter yang dibuat bekerja sama dengan perusahaan BreezoMeter. Aplikasi Dosimeter menghitung paparan PM harian pribadi dengan menggabungkan data PM yang diukur secara lokal dengan teknologi sensor Bosch PM 2.5 dan data polusi udara BreezoMeter.

Gambar 1:Dosimeter pengukuran partikel

Teknologi sensor partikel kecil

Sensor PM konsumen optik konvensional mengandalkan kipas built-in untuk menarik udara melalui sel, di mana jumlah partikulat terdaftar dan konsentrasi per unit volume dihitung. Masalah dengan pendekatan ini adalah ukuran fisik dari sensor tersebut, biasanya seukuran kotak korek api, sehingga tidak praktis untuk digunakan pada perangkat portabel datar seperti smartphone.

Teknologi sensor PM unik yang baru-baru ini dikembangkan oleh Bosch Sensortec hanya membutuhkan aliran udara ambien alami untuk berfungsi. Ini didasarkan pada prinsip seperti kamera, di mana tiga laser pelindung mata Kelas 1 terintegrasi di balik penutup kaca, dengan cara yang mirip dengan kamera di smartphone.

Pendekatan baru ini memungkinkan Bosch Sensortec untuk mengembangkan solusi penginderaan PM dengan dimensi fisik yang jauh lebih kecil, mengambil sekitar seperlima ratus (0,2%) dari volume solusi lain di pasar. Pengurangan ukuran kepala korek api ini menjadikan teknologi baru ini ideal untuk pengukuran PM2.5 pribadi di perangkat konsumen. Ini memiliki konsumsi daya yang rendah, bebas perawatan, dan dapat diintegrasikan ke dalam aplikasi tahan air.

Mendeteksi VOC

Sumber kekhawatiran udara lainnya disajikan oleh senyawa organik volatil (VOC), yang merupakan kelompok gas kimia reaktif yang cukup besar yang dapat muncul di ruangan mana pun. Dengan orang-orang yang biasanya menghabiskan 90% dari hidupnya di dalam ruangan, konsentrasi VOC di udara dalam ruangan ambien dapat secara signifikan memengaruhi kesejahteraan dan kesehatan kita.

Sensor VOC dapat mendeteksi berbagai macam gas baik di dalam gedung maupun di luar ruangan, seperti senyawa karbon (hidro-) (misalnya alkohol atau CO), senyawa sulfida (menyebabkan bau tidak sedap, misalnya H₂ S), dan pelarut (misalnya, aseton). Mereka datang, misalnya, dari cat, pernis, atau deterjen. Di rumah pintar, informasi VOC membantu mengontrol beberapa perangkat, seperti menyalakan dan mematikan tudung dapur atau menyalakan pembersih udara. Selain itu, ini dapat digunakan untuk menghasilkan peringatan; misalnya dengan mendeteksi api atau bahkan makanan busuk di lemari es. Data VOC juga dapat digunakan dengan aplikasi internet of things lainnya; misalnya, mengoptimalkan ventilasi di gedung perkantoran berdasarkan kualitas udara.

Gambar 2:Dampak VOC dan PM2.5 terhadap kualitas udara

Untuk mengukur VOC, Bosch telah mengembangkan sensor gas performa tinggi yang ringkas. BME680 adalah solusi terkecil di dunia yang menyediakan pemantauan kualitas udara empat-dalam-satu. Alat ini dapat mengukur suhu sekitar, tekanan barometrik, kelembaban relatif, dan gas, serta ditempatkan dalam wadah 3 × 3 × 0,93-mm ³ kemasan. Ia bekerja dalam rentang daya sangat rendah, hingga kurang dari 0,1 mA.

Sensor dapat membedakan antara udara segar (yaitu, udara bersih, terutama nitrogen, oksigen, dan kelembaban) dan udara bekas dengan polutan tambahan. Biasanya, ketika orang berada di ruangan, napas yang dihembuskan adalah salah satu alasan terpenting untuk kualitas udara yang buruk. Mengetahui jumlah udara yang dihembuskan yang terkandung dalam udara sekitar membantu mengoptimalkan ventilasi dan dengan demikian membantu mencegah penularan infeksi melalui udara seperti SARS-CoV-2. ⁵ Meskipun sensor VOC tidak dapat mendeteksi virus secara langsung, sensor tersebut secara tidak langsung berkontribusi pada kesehatan dan kesejahteraan manusia.

Perangkat lunak cerdas mengubah data sensor yang dikumpulkan menjadi keluaran yang berguna bagi pengguna. Dengan menggabungkan teknik penginderaan gas modern dengan kecerdasan buatan, kondisi sekitar yang berbeda sekarang dapat dikenali dan diklasifikasikan, yang memungkinkan banyak aplikasi baru.

Mari kita pertimbangkan contoh lanjutan dari evaluasi risiko untuk pemetaan iklim hutan dan deteksi dini kebakaran hutan. Pertama, jaringan sensor memetakan seluruh area dengan tampilan waktu nyata dari semua aktivitas lingkungan. Kedua, pembelajaran mesin digunakan untuk membuat model matematika berdasarkan data mentah untuk mengklasifikasikan dan memprediksi situasi yang berbeda dan menilai risiko. Dan ketiga, edge AI digunakan untuk mengadaptasi produk akhir dengan kondisi spesifik area masing-masing pengguna dan untuk menurunkan konsumsi daya.

Gambar 3:Contoh iklim hutan

Aplikasi lain bisa mendeteksi kapan popok bayi perlu diganti. Perangkat keras sensor dapat mengukur suhu, tekanan, kelembaban, dan keberadaan gas — tetapi orang tua tidak menginginkan tingkat detail ini; mereka hanya perlu tahu kapan tindakan diperlukan. Karena sekitar 19% populasi di atas usia 20 tahun menderita gangguan penciuman, informasi "dasar" ini dapat membantu mereka mendapatkan kembali kualitas hidup. ⁶ Model matematika, yang dikembangkan dengan pembelajaran mesin, dapat digunakan untuk menerjemahkan data sensor mentah menjadi indikasi status sederhana, dengan AI menyempurnakan model yang sedang beroperasi.

Gambar 4:Aplikasi popok

Bosch semakin memperluas jangkauan sensor gas untuk menambah kemampuan baru dan memungkinkan kasus penggunaan baru. Teknologi penginderaan gas baru akan mencakup perangkat lunak yang lebih canggih dan kemampuan deteksi gas yang lebih luas. Misalnya, sensor gas dapat mendeteksi komposisi gas yang berbeda — yang, jika dibandingkan dengan data referensi, akan memungkinkan identifikasi bau (Gambar 5 ). Contoh kasus penggunaan dapat berupa pemantauan status kebersihan ruang publik, klasifikasi bau mulut, atau deteksi makanan basi.

Gambar 5:Penginderaan lingkungan mendeteksi komposisi gas yang berbeda.

Kesimpulan

Dengan menghasilkan data kualitas udara pribadi yang akurat, real-time, teknologi sensor baru ini akan mengubah cara kita menilai kualitas udara di sekitar kita dan memungkinkan kita untuk meresponsnya. Kami akan merencanakan dengan lebih baik kapan harus berada di luar ruangan untuk menyesuaikan aktivitas perjalanan atau olahraga kami. Kami akan mengelola kualitas udara di dalam rumah kami dengan mengontrol ventilasi dan menghindari pembentukan partikel. Ketika diadaptasi pada skala yang lebih luas, ini juga akan membantu kita membuat keputusan yang tepat; misalnya saat akan pindah ke daerah baru atau saat memutuskan akan pergi berlibur kemana. Dengan meningkatnya kesadaran untuk menjaga lingkungan dan diri kita tetap sehat, permintaan akan aplikasi kualitas udara akan terus meningkat di masa mendatang.

Teknologi penginderaan kualitas udara Bosch cukup kecil untuk digunakan pada perangkat portabel datar seperti smartphone dan cukup murah untuk diadopsi secara luas — yang akan memberikan manfaat nyata baik bagi individu maupun masyarakat secara keseluruhan.

Referensi

¹ WHO, ‘Pencemaran udara ambient (outdoor)’, https://www.who.int/news-room/…

² Department for Environment Food &Rural Affairs, Public Health:‘Sumber dan Efek PM2.5’, https://laqm.defra.gov.uk/publ…

³ Universitas Harvard, ‘Menghubungkan Polusi Udara dengan Tingkat Kematian Coronavirus yang Lebih Tinggi’, https://www.hsph.harvard.edu/b…

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

⁵ Lingkungan internasional:“Penularan SARS-CoV-2 melalui udara:Dunia harus menghadapi kenyataan”, 2020, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016041202031254X

⁶ Harvard Medical School:“Gangguan penciuman:Ketika indra penciuman Anda tersesat”, 2018, https://www.health.harvard.edu/blog/smell-disorders-when-your-sense-of-smell-goes-astray -2018121215539

>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, EEWeb.