p A qualquer momento em Delhi, Índia, um residente pode ligar seu carro, liberando gases de escape que flutuam na atmosfera. No noroeste da Índia, um fazendeiro pode colocar fogo em seu campo após a colheita do trigo para limpá-lo rapidamente, liberando fumaça que será carregada pelo vento. Uma pequena família pode queimar lenha para acender seu fogão, liberando fuligem para o céu. Délhi, uma cidade que possui uma população de mais de 28 milhões de habitantes, agita-se com atividade em todas as horas do dia e da noite. E à medida que cresce - aumenta sua poluição. p A poluição, que às vezes se manifesta como fumaça espessa, Doença respiratória, e doença, é o foco de muitos que esperam identificar e eliminar suas fontes. Mas para fazer isso com precisão, a poluição deve ser rastreada por monitores de qualidade do ar de grau de pesquisa que medem os poluentes, incluindo material particulado, dióxido de enxofre, dióxido de nitrogênio, ozônio, e mais, que pode custar mais de centenas de milhares de dólares.

p Sensores de baixo custo, que recentemente começaram a ser comercializados, oferecem cientistas, formuladores de políticas, e ao público a oportunidade de detectar poluição sem altos custos indiretos - mas não sem algumas compensações. Jesse Kroll, professor nos departamentos de Engenharia Civil e Ambiental e Engenharia Química do MIT, pesquisa os instrumentos e métodos usados ​​para conduzir pesquisas de química atmosférica. "Em termos de quase todas as métricas de medição - precisão, precisão, sensibilidade, interferências, deriva, e assim por diante - os sensores de baixo custo ficam muito aquém do que o equipamento de nível de pesquisa pode oferecer, "diz ele." Esta é uma limitação importante, mas geralmente não é esclarecido pelos fabricantes de sensores. "

p Como resultado, Kroll diz, o uso de sensores de baixo custo para detectar poluição continua mal caracterizado. Mas o custo mais baixo dos sensores, menor consumo de energia, e tamanhos menores incentivam sua adoção, portanto, seu uso se expandiu significativamente nos últimos anos em países como China e Índia. "O uso desses instrumentos está realmente superando nossos esforços para entender o que seus dados realmente significam, "Diz Kroll.

p O desafio de esclarecer e expandir as capacidades dos sensores de baixo custo na detecção de poluição inspirou um estudo publicado recentemente liderado por Kroll e o estudante de graduação David Hagan que comparou o desempenho de sensores de baixo custo com equipamentos de nível de pesquisa em Delhi - e encontrou um novo capacidade dos dispositivos.

p No campus de Delhi do India Institute of Technology, a instrumentação de nível de pesquisa já coletou amostras do ar do quarto andar de um edifício em Hauz Khaz, criado e mantido pelos colaboradores de Kroll e Hagan, Josh Apte e Lea Hildebrandt, da Universidade do Texas em Austin. "Aproveitamos a oportunidade para poder colocar nossos instrumentos com os deles para provar o quão bem os nossos poderiam funcionar, "Diz Hagan. Mas não foi fácil:em Delhi, ele diz, os níveis de partículas eram tão altos que seus sensores inicialmente travariam facilmente, e os sensores corriam o risco de superaquecimento em dias quentes. "Projetar em torno disso é um desafio divertido de engenharia, "Hagan diz.

p Depois de superar esses desafios, os sensores de baixo custo e monitores de nível de pesquisa funcionaram simultaneamente ao longo de um período de seis semanas no inverno de 2018, amostragem do ar da varanda do quarto andar de um laboratório. Depois de analisar os dados capturados, os pesquisadores descobriram que os sensores de baixo custo, que mediu gases e partículas, não apenas capturou a qualidade do ar e os níveis de poluentes em geral, mas também pode ser usado para inferir as fontes de poluentes, mesmo aqueles que os sensores não podem detectar diretamente.

p Ao aplicar um tipo de análise multivariada chamada fatoração de matriz não negativa, os pesquisadores foram capazes de identificar, desembaraçar, e inferir as fontes que contribuíram para o sinal total detectado pelos sensores de baixo custo, e compare esses resultados com as medições mais detalhadas coletadas pelos monitores de nível de pesquisa.

p Essa análise revelou que o sinal total é composto por um fator de combustão, bem como dois outros fatores, e foi caracterizado pelas partículas medidas do ar. As partículas de combustão, que constituem uma grande fração do material particulado total, são muito pequenos para serem detectados pelos próprios sensores, mas medições de sensores de outros poluentes co-emitidos, como monóxido de carbono, permitiu que eles fossem inferidos, no entanto.

p "Esses sensores de baixo custo podem ser usados ​​para mais do que apenas fazer medições de rotina, e pode realmente ser usado para identificar fontes de poluição que podem levar a uma melhor compreensão do que respiramos, "Hagan diz.

p Ainda mais, os dados coletados pelos sensores de baixo custo capturaram informações suficientes sobre a poluição do ambiente de Delhi para que os pesquisadores pudessem distinguir entre as fontes primárias de poluição, ou partículas emitidas diretamente, e fontes secundárias, aquelas partículas formadas por meio de reações químicas após a emissão na atmosfera.

p Esses tipos de informações podem tornar mais fácil entender como a qualidade do ar varia em todo o mundo. "Um dos pontos fortes dos sensores de baixo custo é que eles podem fornecer informações sobre a qualidade do ar e as fontes de poluição em locais pouco estudados - e em muitos desses lugares, como cidades no mundo em desenvolvimento, tendem a ter uma das piores poluição do mundo, "Diz Kroll.

p "Usando esses sensores de baixo custo, podemos realmente entender a heterogeneidade espacial e temporal da poluição do ar e da exposição humana, "Hagan diz." Isso é muito mais relevante para a forma como as pessoas vivem suas vidas. "

p Os resultados já inspiraram estudos futuros. "Este é um primeiro passo crucial para melhorar a qualidade do ar urbano, "Kroll diz." Gostaríamos de ver se podemos estendê-lo a outros ambientes e outros tipos de poluição também. Isso inclui não apenas outras cidades poluídas, mas também relativamente limpos, como Boston. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.