Viện công nghệ Karlsruhe phát triển cảm biến đo ô nhiễm bụi mịn gắn
trên smartphone
Ô nhiễm bụi mịn là một dạng ô nhiễm rất phổ biến tại nhiều đô thị lớn. Bụi mịn ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe con người nhưng việc theo dõi chính xác độ tập trung của bụi tại các thành phố và khu vực không phải là điều đơn giản. Do đó, viện công nghệ Karlsruhe (KIT) đang phát triển một loại cảm biến có thể gắn vào smartphone để đo cấp độ ô nhiễm của các vật chất dạng hạt mịn (bụi mịn) trong không khí.
Ý tưởng của viện Karlsruhe là sử dụng dữ liệu tập hợp từ các cảm biến gắn trên smartphone để thiết lập bản đồ ô nhiễm. Khi được hỏi cần phải có bao nhiêu người sử dụng cảm biến này để tạo ra một mô hình bản đồ ô nhiễm đáng tin cậy thì lãnh đạo nghiên cứu Matthias Budde cho biết họ vẫn chưa xác định được do cảm biến vẫn đang được phát triển và sản phẩm vẫn chưa được thử nghiệm thực tế. Tuy nhiên, ông nhấn mạnh rằng: "Bản thân các cảm biến càng ổn định và chính xác thì hoạt động đo đạt đơn lẻ của các cảm biến sẽ càng tốt hơn và mật độ đo đạt lúc này sẽ không còn quan trọng nữa."
Đây không phải là nghiên cứu đầu tiên nhắm đến vấn đề ô nhiễm bụi mịn bởi trước đây, dựa án CitiSense của đại học California cũng đã khai thác một ý tưởng tương tự, sử dụng smartphone để theo dõi độ ô nhiễm tại khu vực. Tuy nhiên, nghiên cứu của Budde và viện Karlsruhe có phần khác biệt bởi các smartphone gắn cảm biến sẽ tiến hành đo hàm lượng bụi mịn thay vì đo khí thải ô nhiễm xả ra môi trường từ xe hơi hay các phương tiện dùng nhiên liệu đốt khác.
Các nhà nghiên cứu tin rằng smartphone có thể dễ dàng thích ứng với tác vụ đo đạt hàm lượng vật chất hạt bởi chúng có khả năng phát ra ánh sáng thông qua đèn LED tích hợp. Trên thực tế thì vào năm 2010, đại học Nam California cũng từng phát triển một ứng dụng có tên Visibility với khả năng chụp ảnh và phân tích ô nhiễm qua ảnh.
Nhóm nghiên cứu tại KIT đã tiến một bước xa hơn khi gắn thêm một thiết bị "bẫy" ánh sáng vào điện thoại nhằm tăng cường độ ánh sáng, qua đó cho phép xác định các thông số ô nhiễm chính xác hơn. Để phục vụ nghiên cứu và tăng tính khả thi, Budde và các cộng sự đã sử dụng cảm biến bụi Sharp GP2Y1010 giá rẻ và có sẵn trên thị trường.
Ánh sáng đi vào thiết bị "bẫy" sáng có chứa bụi và khói lơ lửng trong không khí và độ sáng của mỗi điểm ảnh trong một bức ảnh được chụp sau đó sẽ được chuyển đổi thành hàm lượng bụi. Mặc dù độ chính xác của cảm biến hiện tại đã đạt đến 1 microgram/cm3, đủ để phân tích khói và bụi thô nhưng vẫn chưa đủ cao để xác định bụi mịn. Tuy vậy, các nhà nghiên cứu cho rằng vấn đề có thể được cải thiện bằng cách chuyển sang sử dụng một loại cảm biến mới và cải tiến liên kết giữa đèn flash và sợi quang đưa ánh sáng vào cảm biến cũng như tinh chỉnh các thuật toán đánh giá. Phiên bản tiếp theo của hệ thống còn có thể lưu trữ hình ảnh không nén, qua đó tăng thêm độ chính xác cho phép đo.
Khi đưa đủ số lượng cảm biến vào môi trường thì độ chính xác của phép đo sẽ được nâng cao đáng kể bởi các cảm biến gần nhau có thể cân chỉnh lẫn nhau theo thời gian thực. Vì vậy, các nhà nghiên cứu cho rằng họ có thể tạo ra các bản đồ ô nhiễm "sống" với dữ liệu thay đổi liên tục theo thời gian. Phiên bản sản xuất của hệ thống sẽ nhỏ gọn hơn với hình dáng phù hợp để có thể đính vào mặt sau của smartphone bằng nam châm. Thiết bị có thể sẽ xuất hiện trên thị trường trong vòng 2 năm tới theo ước tính của nhóm nghiên cứu.
Mặc dù vậy, vấn đề vẫn chưa kết thúc bởi một khi các cảm biến đã sẵn sàng để sử dụng trong cộng đồng thì người dùng cần phải được khích lệ để sử dụng. Đối với một số người, họ sẽ sẵn sàng sử dụng cảm biến nếu biết được sự tham gia của họ sẽ mang lại lợi ích cho chính họ và những người khác. Tuy nhiên, với một số người khác, Budde gợi ý rằng nhóm nghiên cứu sẽ phải đưa ra một hệ thống trò chơi để khuyến khích họ. Về cơ bản, các đối tượng tham gia công tác đo đạt sẽ được thưởng và phần thưởng sẽ lớn hơn nếu họ triển khai cảm biến tại các khu vực ít dân cư.
Tất cả các yếu tố bao gồm khuyến khích, thực thi, cộng đồng, cảm biến, v.v… đều là những yếu tố quan trọng để thiết lập một bức tranh phân giải cao, mô tả chính xác về sự ô nhiễm bụi mịn tại đô thị, ngoại ô và các vùng nông thôn trên thế giới. Ô nhiễm bụi mịn đang đe dọa nhiều thành phố lớn trên thế giới điển hình như Bắc Kinh - nơi khói lẫn sương thường xuất hiện trong suốt cả ngày. Tuy nhiên, tại một số nơi khác, quy mô và cấp độ ô nhiễm không thật sự rõ ràng. Độ phơi sáng - yếu tố ảnh hưởng đến khả năng đo đạt hàm lượng bụi cũng thay đổi giữa các con phố khác nhau trong cùng một thành phố.
Với các mạng lưới đo đạt hiện có thì quy mô của chúng vẫn chưa thỏa đáng để cung cấp dữ liệu chi tiết. Theo thống kê, Bắc Kinh hiện có 18 trạm đo ô nhiễm không khí bao phủ trên diện tích 16.000 km2, trong khi New York có 13 trạm đo dọc theo diện tích 1.200 km2. Vì vậy, các giải pháp đo đạt bằng cảm biến cá nhân với sự tham gia của cộng đồng có thể là yếu tố cốt lõi nhằm thay đổi các điều luật về khí thải và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
