Il settore industriale collabora con l'università nell'ambito della prestigiosa Facoltà di Medicina di Parigi per illustrare in che modo i gestori degli edifici possono controllare la diffusione dei virus.
«Gli studi sul campo relativi al COVID-19 hanno evidenziato il legame tra la scarsa qualità dell’aria e l’aumento dei contagi e dimostrano chiaramente che una soluzione basata sull’IoT può ora aiutare i gestori degli edifici a limitare la diffusione di virus come quello del COVID-19.» – Prof. Bertrand Maury, Università Paris-Saclay
| Microshare | Kerlink |
| > Sede: Filadelfia, Stati Uniti > Anno di fondazione: 2013 > Settore di attività: soluzioni per la gestione dei dati per Smart Building e IoT |
> Sede: Thorigné-Fouillard, Francia > Anno di fondazione: 2004 > Settore di attività: fornitore globale di soluzioni dedicate all'Internet delle cose |
| Progetto: Facoltà di Medicina — Ospedale Bicêtre AP-HP (Assistance Publique-Hôpitaux de Paris) Anno di fondazione: 1885 Settori di attività: Medicina, sanità, istruzione superiore |
Sfida
Uno studio[1] pubblicato nel 2018 dall’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti (EPA) ha evidenziato che l’aria interna è 100 volte più inquinata di quella esterna e che le persone trascorrono oggi almeno l’80% del loro tempo in ambienti chiusi. Lo stesso studio ha dimostrato che, a differenza dell'inquinamento atmosferico, gli inquinanti dell'aria interna sono circa 1.000 volte più suscettibili di essere inalati e quindi trasmessi ai polmoni, provocando così malattie.
Uno studio britannico del 2018[2] condotto per conto del British Council for Offices (BSO) riporta che lo svolgimento di attività che richiedono concentrazione eattenzione è direttamente influenzato dalle condizioni ambientali interne, quali la temperatura, l’umidità relativa e la concentrazione di CO2. Ha inoltre dimostrato che un controllo accurato delle temperature e un adeguato monitoraggio dei livelli di CO2 possono ridurre direttamente il livello di stress del personale, dei clienti, dei visitatori o degli inquilini, oltre a migliorare la loro produttività e il loro livello di soddisfazione. Questo studio fa eco ai risultati di una ricerca condotta nel 2012 che valutava gli effetti diretti di un aumento delle concentrazioni di CO2 nell'aria interna sul processo decisionale.[3]
La pandemia di COVID-19 ha inoltre richiamato l’attenzione degli scienziati sul ruolo centrale svolto dalla gestione della qualità dell’aria negli edifici come fattore chiave nella lotta contro la diffusione dei virus. Tuttavia, mancano ancora elementi concreti di valutazione, misurazione e modellizzazione che consentano di dimostrare e corroborare tali teorie, nonché di definire le azioni appropriate che ne derivano. È in questo contesto che entra in gioco l'Internet delle cose (IoT).
Nascita del progetto
Il programma pilota dell'ospedale Bicêtre dell'AP-HP mirava a contenere la diffusione del COVID-19 monitorando in forma anonima gli studenti, i docenti e il personale durante le loro attività quotidiane all'interno della struttura.
Fin dall'inizio, si è concentrato sulla definizione di modelli epidemiologici di trasmissione del virus COVID-19 attraverso l'osservazione anonima delle catene di diffusione (tracciamento dei contatti) legate a contatti prolungati in ambienti chiusi, quali luoghi pubblici, aule scolastiche o luoghi di lavoro. Combinando la tecnologia IoT standard e le apparecchiature di Kerlink, Microshare ed Enless Wireless con nuovi modelli matematici che simulano la diffusione del COVID-19, un team dedicato al progetto ha progettato e installato un sistema pilota presso la Facoltà di Medicina alla fine del 2021. Oltre alle aziende coinvolte, il team del progetto comprendeva membri del personale della Facoltà di Medicina e scienziati di varie organizzazioni incentrate sulla tecnologia.
Circa 200 studenti e una ventina di dipendenti volontari, che indossavano badge Bluetooth durante le lezioni, le esercitazioni pratiche e il servizio presso la Facoltà di Medicina, hanno partecipato alla sperimentazione di tre mesi nel quarto trimestre del 2021. Il sistema ha monitorato in modo anonimo i loro spostamenti e la loro posizione utilizzando modelli matematici dedicati sviluppati da due scienziati dell'Università Paris-Saclay, i professori Bertrand Maury e Sylvain Faure, nonché attraverso il monitoraggio continuo della qualità dell'aria all'interno dell'istituto. Questi modelli hanno simulato la diffusione del virus COVID-19 tra la popolazione studentesca basandosi su matrici di tracciamento dei contatti.
Il progetto è stato finanziato dall’Università Paris-Saclay con un contributo di 12.000 € a copertura delle spese amministrative e ha ricevuto il sostegno del vicepreside della facoltà, ildott. Olivier Lambotte, nonché quello di due medici, idottori Florent Besson e Nicolas Noel, della Facoltà di Medicina di Paris-Saclay (sede dell’ospedale Bicêtre AP-HP). I risultati sono stati convalidati dall'unità di ricerca clinica della Facoltà di Medicina di Parigi-Saclay e le matrici avanzate per il tracciamento dei contatti sono state ispirate da un algoritmo sviluppato dal CNRS. La protezione dei dati personali e dell'identità dei partecipanti al progetto pilota è stata pienamente conforme al GDPR.
Il monitoraggio della qualità dell'aria e l'analisi dei livelli di CO₂ all'interno della struttura sono stati effettuati in parallelo al fine di valutarne l'incidenza sulle catene di trasmissione.
Cronologia e implementazione della soluzione
Per raccogliere dati sul campo, il sistema si è avvalso della tecnologia sviluppata da Kerlink, specialista in soluzioni dedicate all'IoT, Microshare, fornitore di soluzioni all'avanguardia nella gestione dei dati per l'era dell'IoT, e Enless Wireless, importante produttore di sensori intelligenti autoalimentati, che comunicano tramite onde radio e sono dedicati alle applicazioni di efficienza energetica e comfort negli edifici. Questo progetto pilota ha fornito informazioni chiave per il tracciamento dei contatti (livello 1) e l'analisi della concentrazione di CO2 (livello 2). I dati raccolti sono stati poi utilizzati per alimentare un modello matematico (livello 3) al fine di analizzare le frequenze di contatto e la diffusione del virus in relazione alla concentrazione ambientale di CO2.
Livello 1 — tracciamento dei contatti
Il sistema compatibile con LoRaWAN utilizzava Wanesy™ Wave di Kerlink, un anchor di tracciamento multitecnologico che combina Wi-Fi, BLE eLoRaWAN®, per raccogliere i dati di tracciamento dei contatti dai badge Bluetooth. Comprendeva inoltre un gateway interno Wirnet™ iFemtoCell di Kerlink per trasmettere i dati all'applicazione Universal Contact Tracing® (UCT) di Microshare, che garantisce sicurezza, riservatezza e affidabilità end-to-end fornendo solo le informazioni essenziali richieste.
I dati generati erano conformi al GDPR e sono stati forniti al momento opportuno tramite il motore di regole e condivisione di Microshare, per cui è stata depositata una domanda di brevetto, esclusivamente alle persone autorizzate, designate a tal fine all'interno dell'organizzazione.
«La soluzione Universal Contact Tracing di Microshare è progettata per garantire la sicurezza degli utenti e un accesso universale e si basa su dispositivi portatili connessi, il che consente di colmare le lacune e risolvere i problemi di privacy tipici degli smartphone. Tracciando in modo anonimo i contatti tra gli occupanti di una struttura tramite badge, braccialetti e portachiavi, evita la vulnerabilità dell’approccio basato sugli smartphone, i cui dati possono essere disattivati, le cui batterie possono scaricarsi o il cui utilizzo può essere condiviso tra persone che lavorano con orari diversi. Si basa inoltre su gateway LoRaWAN® distinti dalle reti private, evitando così i gravi problemi di sicurezza associati al Wi-Fi o ai dati mobili.”–Charles Paumelle, product manager e cofondatore di Microshare
Livello 2 — monitoraggio della CO2
Enless Wireless ha contribuito al progetto pilota fornendo sensori per la qualità dell'aria interna facili da installare e da collegare, dotati di sensori di CO₂ integrati e di batterie di tipo D ad alta capacità.
L'applicazione per il tracciamento dei contatti all'interno degli edifici è stata quindi integrata con un sistema di monitoraggio della qualità dell'aria che comprendeva:
- i livelli di CO₂ nei locali in base ai tassi e agli orari di occupazione, nonché le impostazioni della ventilazione,
- malfunzionamenti dell'impianto di ventilazione o la necessaria manutenzione delle apparecchiature di ventilazione, e
- il tasso di ricambio orario (TRH), ovvero il ricambio completo dell'aria in un locale, che costituisce un indicatore chiave di prestazione (KPI) monitorato dai gestori degli edifici nelle loro attività quotidiane.
TX CO₂ VOC T&H Amb 600-023 –Enless Wireless© 2022
Livello 3 — algoritmo e modello scientifico
I modelli matematici iniziali utilizzati nel sistema pilota sono stati elaborati sulla base di dati interni provenienti da un esperimento UCT condotto presso la sede di Kerlink a Rennes, dove i dipendenti erano stati dotati di badge Microshare UCT per otto mesi nel 2020, nel pieno della pandemia.
Le matrici avanzate per il tracciamento dei contatti sono state poi ricavate da un algoritmo sviluppato dal CNRS e dall’Università Paris-Saclay, dove i professori Bertrand Maury e Sylvain Faure hanno creato gli algoritmi che definiscono i modelli epidemiologici di trasmissione dei virus. Grazie al sistema implementato, questo algoritmo ha potuto integrare anche una prima valutazione e correlazione dell’influenza della concentrazione di CO2 come indicatore di una scarsa qualità dell’aria in grado di accelerare la trasmissione virale, ad esempio un livello di CO2 che indica un ricambio insufficiente dell’aria interna.
Conclusioni principali
La qualità dell'aria è stata monitorata ogni ora, così come il livello di CO₂ nei locali, in base al tasso di occupazione, all'orario e ai periodi di ventilazione. Le misurazioni effettuate hanno inoltre permesso di individuare eventuali malfunzionamenti del sistema di ventilazione, di suggerire interventi di manutenzione sulle attrezzature interessate e di evidenziare i comportamenti dei partecipanti e/o i luoghi in cui il rischio di contagio era maggiore. È stato quindi possibile definire un approccio pedagogico e aiutare il personale della Facoltà di Medicina a pianificare l’utilizzo delle aule e a trasmettere pratiche salutari agli occupanti.
Fonte: B. Maury, S. Faure — Université Paris-Saclay© 2022
Un basso tasso di ricambio d'aria comporta un'elevata presenza di aerosol e, potenzialmente, di particelle virali.
Il livello di concentrazione di CO₂ in un ambiente chiuso può essere utilizzato per monitorare il tasso di ricambio dell'aria e segnalare il rischio di una maggiore esposizione alle particelle virali presenti nell'aria. È quindi fondamentale garantire una ventilazione regolare, in particolare aprendo le finestre o impostando un tasso di ricambio orario (TRO) ottimale.
Il Prof. Lambotte, vicepreside della Facoltà di Medicina di Paris-Saclay, ha dichiarato che l’analisi della trasmissione del virus del COVID-19 e la volontà di sviluppare uno strumento «di allerta migliorato» basato su modelli epidemiologici sono stati i fattori scatenanti di questo progetto, e che gli obiettivi sono stati raggiunti grazie al monitoraggio della qualità dell’aria basato sull’analisi del livello di CO2.
«Alla luce di questi primi risultati, la Facoltà di Medicina potrà perfezionare le proprie misure di contrasto alla diffusione delle epidemie grazie a una migliore comprensione delle interazioni tra gli studenti e a un maggiore controllo della qualità dell’aria. La modellizzazione matematica del ricambio d’aria in un’aula o in un’aula magna permette di stimare in anticipo il numero massimo di persone che possono essere presenti per mantenere il tasso di CO2 al di sotto di una soglia prestabilita.» –Prof. Olivier Lambotte, Vicepreside della Facoltà di Medicina di Paris-Saclay
«La sperimentazione ha dimostrato che queste soluzioni possono aiutare i gestori degli edifici a migliorare la qualità dell’aria negli spazi di lavoro, al fine di limitare i rischi di contaminazione o trasmissione virale, che possono influire sul benessere, sulla concentrazione e sulle prestazioni degli occupanti. Inoltre, questo sistema, che utilizza i nostri dispositivi di monitoraggio della qualità dell’aria interna autoalimentati e 100% plug and play, può rivelarsi una soluzione conveniente per ospedali, case di riposo, università, scuole ed edifici pubblici.» – Caroline Javelle, Responsabile Marketing e Comunicazione presso Enless Wireless
«Oltre ad aiutare medici e scienziati a descrivere e comprendere i modelli di trasmissione del COVID-19, la sperimentazione ha dimostrato che le soluzioni LoRaWAN® per la gestione della qualità dell’aria interna, composte da singoli beacon autonomi per il tracciamento dei contatti, sensori di CO2 connessi, applicazioni e algoritmi di IA, costituiscono un sistema affidabile, economico e facile da implementare e utilizzare per il monitoraggio della qualità dell’aria negli edifici. » –Benjamin Maury, responsabile delle partnership internazionali presso Kerlink
Ulteriori letture (in inglese)
«Gestione della qualità dell'aria – Tipi di inquinanti atmosferici» Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti
https://www.epa.gov/air-quality-management-process/managing-air-quality-air-pollutant-types
«Migliorare la produttività sul posto di lavoro» British Council for Offices
https://emcoruk.com/workplace_productivity.pdf
[3] «Il CO₂ è un inquinante indoor? Effetti diretti delle concentrazioni da basse a moderate di CO₂ sulle prestazioni decisionali umane», Usha Satish, Mark J. Mendell, Krishnamurthy Shekhar, Toshifumi Hotchi, Douglas Sullivan, Siegfried Streufert e William J. Fisk, in Environmental Health Perspectives, volume 120 — numero 12, dicembre 2012, pagine 1674-1677.
*Redazione: Kerlink
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