Φανταστείτε ότι μπορείτε να συνεισφέρετε στην επιστημονική έρευνα, κάνοντας απλά ποδήλατο: Το ποδήλατο σας συλλέγει αυτόματα πολύτιμα δεδομένα για την ποιότητα του αέρα όταν κάνετε βόλτα στις διάφορες γειτονιές που περιφέρεστε, δημιουργώντας ένα κινητό δίκτυο παρακολούθησης ποιότητας αέρα. Αυτό είναι το όραμα προς το οποίο εργάζεται μια ομάδα φοιτητών στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης.
Για το σχεδιασμό αυτού του έργου, μια ομάδα προπτυχιακών φοιτητών του College of Engineering δημιούργησε ένα πακέτο αισθητήρων συλλογής δεδομένων για την ποιότητα του αέρα που μπορεί να προσαρτηθεί στο μπροστινό μέρος ενός ποδηλάτου, το οποίο παρέχεται από την Bluebikes, το δημόσιο δίκτυο ενοικίασης ποδηλάτων της Βοστώνης. Καθώς ο αέρας περνά μέσα από το κουτί περιέχει τον αισθητήρα, μετρά τοπικά τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα, του μεθανίου, των σωματιδίων και των οξειδίων του αζώτου, ενώ καταγράφει παράλληλα τη θερμοκρασία και την υγρασία.
Ο αισθητήρας είναι εξοπλισμένος με GPS για να εντοπίσει που συλλέγονται τα δεδομένα, καθώς και ένα επιταχυνσιόμετρο, και μια συσκευή που ανιχνεύει την κίνηση του ποδηλάτου ώστε να γνωρίζει πότε πρέπει να ξεκινήσει να λειτουργεί και πότε να απενεργοποιηθεί.
Η συμπίεση όλων αυτών των gadget σε ένα κουτί 5″x8″ ιντσών και η διασφάλιση ότι ο ηλεκτρικός εξοπλισμός θα μπορούσε να μεταφέρεται με σταθερότητα σε ένα ποδήλατο χωρίς να παθαίνει ζημίες, ενώ παραμένει προστατευμένο από τις δύσκολες καιρικές συνθήκες και τη βροχή, αποδείχθηκε πρόκληση.
“Όλα τα στοιχεία του έργου είναι εξίσου σημαντικά και πρέπει να λειτουργούν αρμονικά μεταξύ τους”, λέει η Sofiya Filippova, η οποία ξεκίνησε να εργάζεται σε αυτό το φιλόδοξο έργο το φθινόπωρο του 2023. “Εάν δεν λειτουργούν τα ηλεκτρονικά ή δεν έχουμε επικοινωνία, ή φύγει το περίβλημα από τη θέση της συσκευής, τότε όλα θα καταρρεύσουν». Υπήρχε επίσης το πρόσθετο καθήκον να βεβαιωθούμε ότι το κιβώτιο αισθητήρων δεν παρεμβαίνει στο λειτουργικό σύστημα της Bluebikes ή στην εμπειρία του αναβάτη.
Η Filippova, μαζί με τους συνεργάτες της—Lorenzo Barale, Luisa DiLorenzo, Maya Lobel, Leon Long, Benjamin Pedi και Kai Raina Tung— αντιμετώπισαν όλα αυτά τα στοιχεία τα δύο τελευταία εξάμηνα με τη βοήθεια της Emily Ryan, αναπληρώτρια καθηγήτρια μηχανολογίας. Μετά από μήνες επεξεργασίας και καλωδίωσης, η ομάδα δημιούργησε τελικά σε ένα τελικό σχέδιο και τοποθέτησε το κουτί του αισθητήρα για μια βόλτα, προσαρτώντας το στο μπροστινό καλάθι ενός ποδηλάτου Bluebikes.
Οι συνεργάτες της έκαναν εκ περιτροπής οδήγηση με το ποδήλατο, ο καθένας σε διαφορετικές γειτονιές της Βοστώνης, και στο τέλος των δοκιμαστικών βόλτων τους, εξέτασαν τα καταγεγραμμένα δεδομένα σε ένα σύστημα επικοινωνίας βασισμένο στο Cloud που έδειχνε τα σημεία που ελήφθησαν τα δεδομένα, χαρτογραφημένα από τετράγωνο σε τετράγωνο σε όλη την πόλη.
«Μπορείτε να δείτε ξεκάθαρα που χαρτογραφούνται τα δεδομένα, και μάλιστα στην κλίμακα ενός οικοπέδου, και έτσι αυτό θεωρείται μια τεράστια επιτυχία στα μάτια μας», λέει η Filippova. Με τόσο ελπιδοφόρα αποτελέσματα και δυνατότητες, η ομάδα κέρδισε το βραβείο Janetos Climate Action Prize 2024, ένα βραβείο που απονέμεται σε μαθητές που εργάζονται σε ένα έργο υψηλής απήχησης.
Σε παγκόσμιο επίπεδο, η ατμοσφαιρική ρύπανση επιδεινώνεται. Τα αυτοκίνητα, οι δρόμοι, η οικιακη θέρμανση που λειτουργεί με ορυκτά καύσιμα, ο καπνός των δασικών πυρκαγιών, οι βιομηχανικές εγκαταστάσεις και άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες συχνά κάνουν τον αέρα βρώμικο και ανθυγιεινό. Αλλά η ποιότητα του αέρα που αναπνέουμε μπορεί να διαφέρει από πόλη σε πόλη, από γειτονιά σε γειτονιά.
“Τα τρέχοντα δεδομένα που συλλέγονται από αυτή τη συσκευή αντικατοπτρίζουν την ποιότητα του αέρα σε κάθε γειτονιά; Η απάντηση είναι σαφώς και όχι”, λέει η Emily Ryan. Επί του παρόντος, η Βοστώνη αναφέρει δεδομένα ποιότητας του αέρα από πέντε αισθητήρες που βρίσκονται γύρω από την πόλη—στην πλατεία Kenmore, την Chinatown, το Dorchester, το Chelsea και το Roxbury. Έτσι, η ύπαρξη ενός εκτεταμένου δικτύου αισθητήρων αέρα που συλλέγει και χαρτογραφεί συνεχώς δεδομένα θα μπορούσε να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για μέρη όπου δεν υπάρχει παρακολούθηση αέρα και θα μπορούσε ακόμη και να βοηθήσει τις εταιρείες κοινής ωφέλειας να βρουν περιοχές όπου υπάρχουν σωλήνες αερίου που διαρρέουν μεθάνιο ή να εντοπίσουν αστικές θερμικές νησίδες για να φυτευτούν αρκετά δέντρα για σκιά.
“Γνωρίζουμε ότι οι τοπικές συνθήκες επηρεάζουν πραγματικά την ποιότητα του αέρα σε τοπικό επίπεδο”, λέει η Ryan. «Ο καιρός το επηρεάζει, αλλά και τα τρένα, τα λεωφορεία, οι αυτοκινητόδρομοι, οπότε υπάρχουν πολλοί ενδιαφερόμενοι που θα μπορούσαν να ενδιαφέρονται για αυτά τα δεδομένα».
Πριν αρχίσουν να χρησιμοποιούνται αυτές οι συσκευές με τους αισθητήρες στα δημόσια ενοικιαζόμενα ποδήλατα, πρέπει να γίνει αρκετή. Στόχος της ομάδας για το καλοκαίρι είναι να συνεχίσει τις διαβουλεύσεις με την εταιρεία, η οποία υποστήριξε και ενδιαφέρθηκε για την ιδέα, και να εργαστεί για την επικύρωση των δεδομένων που συλλέγονται δοκιμάζοντας τα σε εμπορικούς αισθητήρες αέρα που χρησιμοποιούνται ήδη για ερευνητικούς σκοπούς στην πανεπιστημιούπολη BU. Η Ryan συνομιλεί επίσης με την BU Facilities Management & Operations για να διερευνήσει τη δυνατότητα προσθήκης πακέτων αισθητήρων στα λεωφορεία της BU.
Η Filippova λέει ότι απόλαυσε απόλυτα την εμπειρία της με την ομάδα και θα συνεχίσει να εργάζεται με την Ryan για το καλοκαίρι πριν ξεκινήσει το μεταπτυχιακό της πρόγραμμα στη μηχανολογία στο BU.
«Η ομάδα μας πέρασε όμορφες στιγμές μέσα από αυτή τη φιλόδοξη προσπάθεια», λέει η Filippova . «Νομίζω ότι η ικανότητα μας να παράξουμε ένα καλό προϊόν, οφείλεται στο ότι διασκεδάσαμε τόσο πολύ».