Wszechobecne czujniki powietrza dla wszystkich
W wielu krajach Zachodu lato 2023 r. było naznaczone zanieczyszczeniem powietrza. Intensywne i długotrwałe pożary szalejące w Kanadzie sprawiły, że w głównych obszarach metropolitalnych zarówno w Ameryce Północnej, jak i w Europie doszło do gwałtownego pogorszenia jakości powietrza – przez co nierzadko zwykłe wyjście z domu stanowiło potencjalne zagrożenie dla zdrowia. Zanieczyszczenie powietrza nie jest jednak problemem tylko na zewnątrz budynków – powietrze w pomieszczeniach może być jeszcze gorsze. Według niektórych szacunków powietrze wewnątrz budynków może być nawet pięciokrotnie bardziej zanieczyszczone niż pod gołym niebem. „Jakość powietrza w pomieszczeniach jest często obecnie tak zła, że poważnie wpływa na nasze zdolności poznawcze, produktywność i zdrowie”, mówi Henrik Rödjegård, kierownik ds. badań w Senseair. Do monitorowania jakości powietrza zarówno na zewnątrz, jak i w pomieszczeniach potrzebne są czujniki. Nie mogą to być jednak pierwsze lepsze urządzenia – wymagane są inteligentne czujniki, które mogą być produkowane masowo, wdrażane w każdym miejscu i używane przez wszystkich. Dzięki wsparciu projektu ULISSES ze środków UE firma Senseair pracuje nad zbudowaniem właśnie takiego czujnika. „Chcemy zapewnić urbanistom, pracodawcom, właścicielom nieruchomości i ogółowi społeczeństwa łatwy dostęp do informacji potrzebnych do dokonywania racjonalnych wyborów w odniesieniu do jakości powietrza wewnątrz i na zewnątrz budynków”, stwierdza Rödjegård.
Dokładne monitorowanie jakości powietrza w czasie rzeczywistym
Czujniki wykorzystuje się do monitorowania jakości powietrza nie od dziś. Czujniki gazu są powszechnie stosowane w przemyśle i rolnictwie w celu zapewnienia bezpieczeństwa personelu oraz monitorowania i automatyzacji procesów. „Nowym zjawiskiem jest natomiast rosnąca świadomość społeczna na temat znaczenia jakości powietrza wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń w miastach, co rodzi popyt na dokładną, niedrogą i mobilną technologię czujników gazu”, wyjaśnia Rödjegård. Optyczne czujniki gazu są czułe i wytrzymałe, a także wysoce stabilne i swoiste. Niestety ich wysoka cena, wysokie zużycie energii i duże rozmiary sprawiają, że nie nadają się do powszechnego użytku. Aby temu zaradzić, w ramach projektu ULISSES opracowano nowe technologie, które umożliwią stworzenie niewielkich, tanich, energooszczędnych i sieciowych węzłów czujników gazu, pozwalających na do kompleksowe monitorowanie jakości powietrza w czasie rzeczywistym.
Zintegrowane z Internetem rzeczy
Rödjegård tłumaczy, że dzięki temu, iż miniaturowe optyczne czujniki gazu ULISSES typu „system na chipie” działają w zakresie średniej podczerwieni, mogą być produkowane masowo i wbudowywane w urządzenia przenośne. „Nasze czujniki opierają się na zintegrowanych falowodach, czyli bardzo małych światłowodach kierujących wiązkę światła na powierzchnię chipa”, mówi badacz. „Wykorzystujemy w niech ponadto takie materiały dwuwymiarowe, jak grafen i diselenek platyny, które mogą zarówno generować, jak i wykrywać światło podczerwone, przekształcając je w sygnał elektryczny”. To innowacyjne zastosowanie najnowszych technologii oznacza, że rozwiązanie ULISSES można zintegrować z Internetem rzeczy i szeregiem urządzeń mobilnych codziennego użytku. „Może stać się podstawą praktycznych rozwiązań na przykład do generowania lokalnych map jakości powietrza i dostarczania użytkownikom oznaczonych geograficznie danych i alertów o jakości powietrza”, dodaje Rödjegård.
Możliwość podejmowania świadomych decyzji zależnie od jakości powietrza, którym oddychamy
Projekt nie tylko doprowadził do powstania tej technologii, ale także umożliwił wykazanie, że opracowane chipy mogą wytwarzać fale, które są wystarczająco długie, by posłużyć do wysoce skutecznego wykrywania gazów. Badacze przetestowali także działania wszystkich wymaganych podzespołów w kompletnym systemie. „Nasze prace dotyczące integracji grafenu z chipami czujnikowymi stanowią ważne osiągnięcie naukowe, natomiast dla zwykłych zjadaczy chleba oznaczają możliwość podejmowania świadomych decyzji dotyczących powietrza, którym oddychamy”, dodaje na koniec Rödjegård.
Słowa kluczowe
ULISSES, czujniki powietrza, Internet rzeczy, jakość powietrza, zanieczyszczenie powietrza, inteligentne czujniki