Intelligenza artificiale per monitorare la qualità dell’aria negli ambienti indoor

Qualità dell’aria, sostenibilità ambientale e ottimizzazione delle risorse sono i tre driver principali di Oasis – Optimizing Air Safety for Indoor Spaces, l’innovativo progetto, recentemente avviato da Concept Reply e Healthy Reply, società del Gruppo Reply, in collaborazione con Enea e Cefriel, centro di innovazione digitale del Politecnico di Milano. L’iniziativa, della durata di tre anni, avrà l’obiettivo di monitorare la qualità dell’aria in ambienti chiusi per fornire tempestivamente eventuali alert ed azioni correttive a tutela della salute della persona, sfruttando l’intelligenza artificiale.

La maggior parte della popolazione trascorre più del 90% della giornata negli ambienti indoor dove la concentrazione di agenti inquinanti può arrivare a livelli fino a 5 volte superiori a quelli degli ambienti esterni. Ecco perché il progetto Oasis, sviluppato nell’ambito degli Accordi per l’Innovazione del Ministero delle Imprese e del Made in Italy, svilupperà e sperimenterà una metodologia integrata in grado di analizzare grandi quantità di dati sperimentali e valutare l’impatto degli inquinanti sulla salute in ambienti indoor. Verranno condotte diverse campagne sul campo, durante le quali la sensoristica per il rilevamento dei sistemi di aerazione e dei livelli di inquinamento dell’aria sarà affiancata dall’utilizzo di un modulo espositivo cellulare altamente innovativo, dotato di specifici alloggiamenti in cui saranno inserite cellule bronchiali umane. Queste cellule verranno mantenute in condizioni controllate e di ventilazione in grado di mimare un ambiente simile a quello polmonare.

“Si tratta di un sistema avanzato di esposizione basato sull’interfaccia aria-liquido (ALI) per coltivare cellule bronchiali umane” – spiega Massimo Santoro, Ricercatore del Laboratorio Biotecnologie RED di Enea. “Questa metodologia permette di simulare in modo più preciso l’ambiente fisiologico delle cellule epiteliali bronchiali che da un lato sono esposte all’aria, come avviene nel polmone, e dall’altro sono in contatto con un terreno ricco di nutrienti, rappresentando il flusso sanguigno nel corpo umano. Inoltre, verranno utilizzati modelli cellulari 3D bio-stampati per ottenere una simulazione più accurata delle condizioni polmonari rispetto alle colture tradizionali in 2D”.

“La nostra soluzione di biotagging – commenta Ermes Zani, Partner di Healthy Reply – utilizza tracce di DNA per monitorare la dispersione degli agenti inquinanti nell’aria, offrendo un sistema avanzato di tracciamento dei flussi aerei e degli aerosol. Questa tecnologia consente un’analisi accurata dei movimenti di inquinanti o contaminanti, migliorando la gestione ambientale e la risposta a rischi per la salute. Il sistema di monitoraggio ambientale che abbiamo sviluppato, dotato di nodi IoT-Edge e intelligenza artificiale integrata, arricchisce i dati di tagging con informazioni sulla qualità dell’aria. Inoltre, il monitoraggio dei sistemi di ventilazione rileva in modo tempestive eventuali anomalie operative, aumentando l’efficienza e la sicurezza grazie l’applicazione dell’AI nella manutenzione predittiva.”

Questo approccio aiuta a riprodurre la complessità e le interazioni tridimensionali tra le cellule, rendendo i risultati più rappresentativi delle reazioni fisiologiche reali agli inquinanti.

Le campagne espositive verranno condotte presso i locali della Sanità Aerea dell’aeroporto di Roma Fiumicino. Durante queste campagne, il sistema di rilevamento sarà integrato con sensori per monitorare i livelli di inquinamento e i sistemi di aerazione, consentendo di valutare contemporaneamente le condizioni ambientali e l’impatto diretto sugli epiteli bronchiali.

Tutti i dati “omici” delle cellule bronchiali esposte agli aerosol in ambienti indoor, che mostrano come viene modulata l’espressione genica, potranno essere combinati con quelli sulla composizione chimico-fisica degli inquinanti nell’aria. Grazie all’uso dell’intelligenza artificiale, questo permetterà di sviluppare modelli predittivi e un’applicazione specifica per valutare l’impatto del particolato sulla salute umana in spazi chiusi.

I campi di applicazione di un progetto come Oasis sono molteplici e coinvolgono strutture sia pubbliche che private adibite agli scopi più vari: luoghi di lavoro, infrastrutture per la sanità, per l’intrattenimento, per l’educazione, per l’erogazione di servizi primari e complessi per il settore terziario, solo per citarne alcuni.

“Come centro di innovazione digitale – afferma il Direttore Generale Cefriel Alessandro De Biasio – ci occuperemo di definire sistemi di AI e visualizzazione dei dati, utili a gestire la mole di dati necessari alla previsione dell’inquinamento futuro degli ambienti e agli effetti sulla popolazione che li abita. L’output delle rilevazioni consisterà in un insieme di informazioni rilevanti, ben strutturate e attendibili dalle quali si potranno dedurre modelli di predizione della dinamica del particolato nella struttura di interesse grazie ai quali agire per la protezione della salute e del benessere”.

Questa metodologia integrata potrebbe aiutare a comprendere meglio come diversi inquinanti influenzano la salute respiratoria, fornendo dati preziosi per politiche di salute pubblica e per migliorare la qualità dell’aria negli spazi chiusi.

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