BRIC19 ID07

Sistema integrato di sensori mobili e fissi per la mappatura dinamica spazio-temporale di composti volatili in un ambiente lavorativo

Finanziato da: INAIL Periodo: Luglio 2020 – Luglio 2022

Introduzione

Il monitoraggio e il controllo della composizione dell’aria negli ambienti di lavoro è una priorità assoluta per il mantenimento del benessere del personale lavorativo e per la salvaguardia dell’ambiente circostante. Il presente progetto mira quindi a fornire una soluzione a tali necessità e si basa sul concetto di matrici di sensori cross-selettivi e sulle tecniche di machine learning per la estrazione di informazioni relative sia alla qualità che alla quantità dei composti volatili in ambiente.

Descrizione

Le analisi standard della composizione dell’aria sono basate su strumentazione da laboratorio (tipicamente gas cromatografia e spettrometria di massa) caratterizzata da costi elevati e dalla necessità di personale specializzato. Inoltre, tale strumentazione non consente, a meno di costi elevati, misurazioni in tempo reale. Pertanto, le informazioni ottenute sono mediate su tempi lunghi e non forniscono indicazioni a riguardo di rilasci di sostanze volatili che espongono il personale a concentrazioni critiche seppure per tempi brevi. Il progetto mira a mimare un sistema naturale olfattivo di monitoraggio basato su sensori chimici opportunamente sviluppati attraverso l’impiego di nanotecnologie. L’analogo tecnologico dell’olfatto consiste in una matrice di sensori parzialmente selettivi combinati con le moderne tecniche di analisi dati e gli algoritmi di Machine Learning. Questi algoritmi sono ottimizzati per estrarre dalla matrice di sensori, le informazioni necessari per caratterizzare la composizione del campione misurato. Le prestazioni di tale sistema dipendono dalla matrice di sensori non selettivi ma diversi l’uno dall’altro. Tale sistema è analogo ad un sistema di equazioni a più variabili, dove la soluzione non è ottenibile da una singola equazione ma dal sistema. Come nel sistema di equazioni, la soluzione delle variabili si può ottenere solo se le equazioni sono sufficientemente diverse tra loro, pertanto è necessario poter realizzare sensori abbastanza diversi tra loro.

Obiettivi

L’obiettivo generale del progetto è la realizzazione di un sistema integrato per il monitoraggio dinamico nel tempo e nello spazio di composti volatili di interesse in ambienti di lavoro. L’uso di sensori di gas non selettivi accoppiati a tecniche di analisi dati multivariati viene proposto da molti anni per la caratterizzazione di ambienti chimicamente complessi. In questo progetto si propone un utilizzo innovativo di tale tecnologia mirato al monitoraggio di composti volatili in un ambiente di lavoro fornendo una mappatura dinamica sia nel tempo che nello spazio. Per tale scopo verrà realizzata una rete di Wireless Sensors Nodes (WSNs) basati su mini-array di sensori su supporti flessibile, comunicazione wireless ed adatti ad essere integrati negli abiti dal personale senza interferenza con i movimenti degli stessi. I sistemi mobili saranno affiancati da un innovativo sistema fisso, dotato di sensori di maggiori prestazioni. Tale sistema è basato sulla integrazione dei dati di microbilance al quarzo e spettroscopia FIR. Un ulteriore innovazione riguarda l’uso non convenzionale della spettroscopia che invece di misurare i VOCs in aria libera, sarà basata sulla misura dello spettro IR in film assorbenti (es. polimeri) sfruttando il coefficiente di partizione delle varie specie volatili. L’integrazione dei sensori (mobile e fisso) darà luogo ad un innovativo supra-sistema sensoriale in grado di produrre dati localizzati nel tempo e nello spazio.

Partecipanti

• Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Università di Tor Vergata (Roma), UNITORV, Italia
• Dipartimento di Scienze, Università di Roma Tre, Roma, UNIRM3, Italia
• DIMEILA, INAIL, Monteporzio Catone (RM), Italia
• CNR-IIA

Gruppo di lavoro