高度なセンサーテクノロジーにより、パーソナライズされた空気品質の監視が可能になります

それは私たちの周りにありますが、問題がない限り、私たちは通常、私たちが呼吸している空気の中にあるものを気にしません。屋内と屋外の両方の環境で、空気の質が悪いと、私たちの健康と幸福に大きな影響を与える可能性があります。大気汚染測定の2つの重要な指標は、2.5 µm（ミクロン）以下（PM2.5）の小さな粒子状物質（PM）と揮発性有機化合物（VOC）です。それらは、例えば、燃焼プロセス中に暖炉やろうそくによって家庭で放出されます。掃除用品、家具、繊維などの日常の物もVOCを放出する可能性があります。この記事では、個人の空気の質を監視して人々の健康と福祉を改善することを可能にする新しいPM2.5およびVOC検知技術についての洞察を提供します。

個人的なPM2.5モニタリング

粒子状物質への曝露は深刻な健康問題を引き起こす可能性があることを私たちは知っており、世界保健機関（WHO）は次のように述べています。脳卒中、心臓病、肺がん、および喘息を含む慢性および急性呼吸器疾患の両方から。」 ¹

粒子状物質にはさまざまな粒子サイズがありますが、人間の健康への最大の影響は、PM2.5範囲の粒子によるものです。 ² 直径2.5µm未満です。これらの微細なPM2.5微粒子は、肺の奥深くに容易に侵入し、深刻な健康問題を引き起こす可能性があります。研究はまだ進行中ですが、ハーバード大学による最近の研究で議論されているように、PM2.5曝露がSARS-CoV-2を含むウイルス性疾患に対する感受性に関連している可能性があるという証拠があります。 ³

公式の空気質監視ステーションは、対応する室内空気データなしで、屋外環境の統合または平均化されたデータのみを提供します。彼らは個人情報を生成せず、ある期間にわたって平均化されたすぐ近くでのみ空気の質を測定します。したがって、私たちの周りの急速に変化する環境を追跡し、ローカルPMレベルの変動を監視するためのリアルタイム情報が不足しています。

スマートフォンやウェアラブルなどの大気汚染測定用の携帯型大気質測定装置または線量計は、この問題を解決する可能性があります。これまで、PM2.5センサーはモバイルデバイスには大きすぎました。ボッシュセンサーテックは最近、大気汚染への個人的な曝露の監視を実行可能な現実にすることができるセンサー技術を開発しました。

新しいボッシュPM2.5テクノロジーにより、PM2.5センシングをモバイルデバイスに統合して、人のPMへの毎日の曝露を測定することが可能になりました。ユーザーは、彼らがさらされている地域の汚染レベルに関するデータと傾向を示すことができます。個人の大気汚染への曝露を（スマートフォンなどで）監視することで、ユーザーは信頼できる透明な情報を入手できるため、WHOの大気質ガイドラインに従って行動を起こし、PM2.5への曝露を最小限に抑えることができます。 ⁴ > これは、人々の健康と幸福を改善するのに役立ちます。

たとえば、図1 は、BreezoMeter社と共同で作成されたPM2.5線量計デモアプリを示しています。線量計アプリは、Bosch PM 2.5センサーテクノロジーとBreezoMeter大気汚染データを使用してローカルで測定されたPMデータを組み合わせることにより、個人の毎日のPM曝露を計算します。

図1：粒子状物質測定線量計

小さな粒子センサー技術

従来の光学式民生用PMセンサーは、内蔵ファンを使用してセルから空気を吸い込み、粒子数を記録して単位体積あたりの濃度を計算します。このアプローチの問題は、このようなセンサーの物理的なサイズが非常に大きく、通常はマッチボックスのサイズであるため、スマートフォンなどのフラットなポータブルデバイスでの使用には実用的ではありません。

ボッシュセンサーテックが最近開発した独自のPMセンサー技術は、機能するために自然な周囲の空気の流れのみを必要とします。これは、スマートフォンのカメラと同様に、3つのクラス1アイセーフレーザーがガラスカバーの後ろに組み込まれているカメラのような原理に基づいています。

この斬新なアプローチにより、Bosch Sensortecは、市場に出回っている他のソリューションの約100分の1（0.2％）を占める、物理的寸法が劇的に小さいPMセンシングソリューションを開発できます。このマッチヘッドのサイズの縮小により、この新しいテクノロジーは、民生用デバイスでの個人用PM2.5測定に理想的です。消費電力が少なく、メンテナンスフリーで、防水アプリケーションに統合できます。

VOCの検出

もう1つの空中の懸念事項は、揮発性有機化合物（VOC）です。これは、どの部屋にも現れる可能性のある化学反応性ガスのかなり大きなグループです。人々は通常、生活の90％を屋内で過ごしているため、周囲の室内空気にVOCが集中すると、私たちの健康と健康に大きな影響を与える可能性があります。

VOCセンサーは、（炭化水素）炭素化合物（アルコールやCOなど）、硫化物化合物（H ₂ などの不快な臭いを引き起こす）など、建物内と屋外の両方でさまざまなガスを検出できます。 S）、および溶媒（例：アセトン）。それらは、例えば、ペンキ、ラッカー、または洗剤から来ます。スマートホームでは、VOC情報は、キッチンフードのオンとオフを切り替えたり、空気清浄機を起動したりするなど、複数のデバイスを制御するのに役立ちます。さらに、アラートを生成するために使用できます。たとえば、冷蔵庫で火事や腐った食べ物を検出することによって。 VOCデータは、他のモノのインターネットアプリケーションでも使用できます。たとえば、空気の質に基づいてオフィスビルの換気を最適化します。

図2：空気の質に対するVOCとPM2.5の影響

ボッシュは、VOCを測定するために、コンパクトで高性能なガスセンサーを開発しました。 BME680は、フォーインワンの空気品質監視を提供する世界最小のソリューションです。周囲温度、気圧、相対湿度、ガスを測定でき、3×3×0.93 mm ³ に収納されています。 パッケージ。 0.1mA未満までの超低電力範囲で動作します。

センサーは、新鮮な空気（つまり、主に窒素、酸素、湿度のきれいな空気）と、汚染物質が追加された使用済みの空気を区別できます。通常、人が部屋にいるとき、呼気は空気の質が悪い最も重要な理由の1つです。周囲の空気に含まれる呼気の量を知ることは、換気を最適化するのに役立ち、それによってSARS-CoV-2のような感染症の空気感染を防ぐのに役立ちます。 ⁵ VOCセンサーはウイルスを直接検出することはできませんが、間接的に人々の健康と福祉に貢献します。

インテリジェントなソフトウェアは、収集されたセンサーデータをユーザーにとって有用な出力に変換します。最新のガス検知技術と人工知能を組み合わせることで、さまざまな周囲条件を認識して分類できるようになり、多くの新しいアプリケーションが可能になりました。

森林気候マッピングと山火事の早期検出のためのリスク評価の高度な例を考えてみましょう。まず、センサーネットワークが、すべての環境活動をリアルタイムで表示して、エリア全体をマッピングします。次に、機械学習を使用して、さまざまな状況を分類および予測し、リスクを評価するための生データに基づいて数学モデルを作成します。そして第3に、エッジAIを使用して、最終製品を個々のユーザーの地域固有の条件に適合させ、消費電力を削減します。

図3：森林気候の例

別のアプリケーションは、赤ちゃんのおむつをいつ交換する必要があるかを検出することです。センサーハードウェアは、温度、圧力、湿度、およびガスの存在を測定できますが、親はこのレベルの詳細を望んでいません。彼らは、いつ行動が必要かを知る必要があるだけです。 20歳以上の人口の約19％が嗅覚障害に苦しんでいるため、この「基本的な」情報は、生活の質を取り戻すのに役立ちます。 ⁶ 機械学習で開発された数学モデルを使用して、生のセンサーデータを単純なステータス表示に変換し、AIが動作中のモデルを微調整できます。

図4：おむつアプリケーション

ボッシュは、ガスセンサーの範囲をさらに拡大して、新しい機能を追加し、新しいユースケースを可能にしています。新しいガス検知技術には、より高度なソフトウェアと幅広いガス検知機能が含まれます。たとえば、ガスセンサーはさまざまなガス組成を検出できます。これは、参照データと比較すると、においを識別できるようになります（図5 ）。使用例としては、公共スペースの清潔状態の監視、口臭の分類、腐った食べ物の検出などがあります。

図5：環境センシングはさまざまなガス組成を検出します。

結論

これらの新しいセンサーテクノロジーは、正確でリアルタイムのパーソナライズされた空気品質データを生成することで、周囲の空気の品質を評価する方法を変え、それに応じて対応できるようにします。通勤やスポーツ活動に適応するために、いつ屋外にいるのかをより適切に計画します。換気を制御し、粒子の発生を防ぐことで、家の中の空気の質を管理します。より広いスケールで適応すると、これは情報に基づいた決定を下すのにも役立ちます。たとえば、新しいエリアに移動するときや、休暇に行く場所を決めるときです。環境と私たち自身を健康に保つことへの意識が高まるにつれ、大気質アプリケーションの需要は今後も増え続けるでしょう。

ボッシュの空気品質検知技術は、スマートフォンなどのフラットなポータブルデバイスで使用できるほど小さく、広く採用できるほど低コストです。これにより、個人と社会全体の両方に顕著なメリットがもたらされます。

参考資料

¹ WHO、「周囲の（屋外の）大気汚染」、https：//www.who.int/news-room/…

² 環境食糧農村地域省、公衆衛生：「PM2.5の発生源と影響」、https：//laqm.defra.gov.uk/publ…

³ ハーバード大学、「大気汚染とコロナウイルスによる死亡率の上昇の関連付け」、https：//www.hsph.harvard.edu/b…

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

⁵ 国際環境：「SARS-CoV-2の空中伝播：世界は現実に直面する必要がある」、2020年、https：//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016041202031254X

⁶ ハーバード大学医学部：「嗅覚障害：嗅覚が迷うとき」、2018年、https：//www.health.harvard.edu/blog/smell-disorders-when-your-sense-of-smell-goes-astray -2018121215539 ​​

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