Cum inteligența artificială ajută orașele să facă față poluării invizibile

În orașe, poluarea aerului poate varia semnificativ de la o stradă la alta. Fumul se poate acumula între clădiri înalte, se poate aduna la intersecții aglomerate sau poate pluti spre porțile școlilor. Totuși, orașele adesea nu dispun de prognoze detaliate necesare pentru a acționa înainte ca nivelurile să devină periculoase.

Pentru profesoara Soledad Le Clainche, matematician aplicat la Universitatea Tehnică din Madrid și lider al grupului de cercetare ModelFLOWs, o mai bună înțelegere a modului în care aerul se mișcă prin orașe ar putea ajuta la abordarea uneia dintre cele mai mari provocări de sănătate ambientală din Europa.

Ca parte a unui proiect de cercetare finanțat de UE, numit MODELAIR, Le Clainche colaborează cu cercetători din Belgia, Olanda, Suedia și Regatul Unit pentru a face modelele invizibile și foarte locale ale poluării urbane mai ușor de înțeles pentru orașe.

„Multe persoane dezvoltă instrumente pentru poluarea aerului, dar noi suntem primii care calculăm, în timp real, mediul de poluare 3D al zonelor urbane pe care le studiem”, a declarat aceasta.

Orașe virtuale alimentate de AI

Cercetătorii MODELAIR dezvoltă „gemeni digitali” 3D ai orașelor, alimentați de inteligența artificială. Combinând simulări pe calculator, date de la senzori și modele 3D, aceștia oferă o imagine în timp real, la nivel de stradă, a calității aerului urban.

Scopul este de a ajuta autoritățile locale să ia decizii mai bine informate cu privire la planificarea traficului, monitorizarea locală și unde să aplice măsuri de control al poluării. Cercetarea completează Misiunea UE pentru Orașe Neutre din Punct de Vedere Climatic și Inteligente, care ajută orașele europene să reducă emisiile și să îmbunătățească viața urbană.

Instrumentele sunt testate în Bruxelles, Madrid și Bristol. Fiecare oraș explorează o utilizare diferită, de la înțelegerea efectelor designului urban până la îmbunătățirea monitorizării locale și testarea răspunsurilor practice.

“

Multe persoane dezvoltă instrumente pentru poluarea aerului, dar noi suntem primii care calculăm, în timp real, mediul de poluare 3D al zonelor urbane pe care le studiem.

Majoritatea oamenilor din orașele europene sunt expuși unor niveluri de poluare a aerului care depășesc ceea ce Organizația Mondială a Sănătății (OMS) consideră sigur. Poluarea aerului crește riscul nostru de boli de inimă, accidente vasculare cerebrale și diverse tipuri de cancer și agravează astmul și infecțiile respiratorii. Deși adesea invizibilă, aceasta nu este o problemă minoră.

Agenția Europeană de Mediu a estimat că, în 2023, reducerea poluării aerului la nivelurile recomandate de OMS ar fi putut preveni 182.000 de decese cauzate de particule fine, 63.000 din expunerea la poluarea cu ozon și 34.000 din gazul dioxid de azot în cele 27 de state membre ale UE.

De asemenea, dovezi recente sugerează că poluarea aerului ar putea fi o cauză posibilă a demenței, a declarat OMS, iar țările din estul și sud-estul Europei au suferit cele mai mari impacturi asupra sănătății din cauza poluării.

Deși poluarea aerului s-a îmbunătățit în general în Europa, descoperiri surprinzătoare despre efectele sale continuă să apară. Un studiu din 2025 a constatat că expunerea la particule fine comune și oxizi de azot în aer în primii 18 ani de viață este legată de o sănătate cardiovasculară mai slabă, în special de o tensiune arterială mai mare la tinerii adulți.

Ajungând la nivelul străzii

Le Clainche și colegii săi își propun să depășească perspectiva obișnuită asupra nivelurilor generale de poluare ale unui oraș.

Echipa folosește „agenți” AI, asistenți software care adună continuu informații de la senzori, prognoze meteorologice și modele pe calculator pentru a produce prognoze locale.

Unele dintre metodele proiectului sunt deja disponibile prin aplicația open-source ModelFLOWs-App.

Modelele disponibile astăzi ne pot oferi informații utile, dar nu oferă întotdeauna orașelor imaginea detaliată de care au nevoie pentru a acționa. Provocarea constă în a aduce împreună toate piesele diferite de informații pe care le avem – de la stațiile de monitorizare a calității aerului și alte surse limitate de date – cu simulări foarte detaliate despre cum se mișcă aerul printr-un oraș.

„Asta face MODELAIR, permițându-ne să facem predicții mult mai precise despre cum călătoresc poluanții prin zonele urbane”, a spus Alessandro Parente, expert în fluxurile de aer și AI pentru gemeni digitali la Université Libre de Bruxelles din Belgia și parte a echipei MODELAIR.

„Orașele se confruntă cu dificultăți în a lua decizii privind poluarea aerului”, a adăugat el.

Inițiativa, lansată în 2023, combină replici 3D computerizate ale orașelor cu experimente în tuneluri de vânt pentru a testa și rafina predicțiile sale.

Reacționând în timp real

Înțelegerea comportamentului particulelor și poluării gazoase este complicată de complexitatea mediului 3D al orașelor, unde variabile precum presiunea, vântul și căldura se pot schimba pe oră și pot afecta nivelurile de poluare.

Parente a declarat că echipa își dorește o colaborare între oameni de știință și agenți AI pentru a umple golurile și a prezice ce se întâmplă la o intersecție sau colț de stradă specific.

„Agenții AI adună date experimentale, fac predicții și sugerează posibile răspunsuri”, a spus Parente. „Dar este important să fie clar că AI poate face doar sugestii. Este în continuare responsabilitatea oamenilor de știință să evalueze acele sugestii, iar în cele din urmă este responsabilitatea factorilor de decizie să decidă dacă și cum să acționeze asupra lor.”

“

Orașele se confruntă cu dificultăți în a lua decizii privind poluarea aerului.

Informațiile în timp real ar putea ajuta planificatorii urbani să cântărească opțiuni precum schimbarea fluxurilor de trafic sau decizia privind amplasarea industriei locale.

„Ai putea redirecționa traficul pentru a evita ambuteiajele sau ai putea ajuta la controlul efectelor insulelor de căldură prin modul în care construiești noi zone ale unui oraș”, a spus Le Clainche.

Insulele de căldură urbane apar deoarece asfaltul, betonul și clădirile rețin căldura, favorizând formarea ozonului și capturând poluanții în anumite străzi.

Planificarea orașului, redirecționarea traficului

Agenții AI ar putea sugera plantarea de copaci în locații specifice pentru a reduce temperaturile, a absorbi unele poluanți și a introduce umbră, de exemplu. În cele din urmă, oamenii de știință și factorii de decizie ar folosi informațiile detaliate la nivel de stradă furnizate de gemenii digitali pentru a decide exact unde să intervină.

„Un gemeni digital este un instrument care va imita o mică zonă a unui oraș, oferindu-ne informații despre cum un model de flux de aer este conectat la niveluri ridicate de poluare”, a spus Le Clainche. „Creăm instrumente care pot fi cu adevărat valoroase pentru municipalități. Madridul este deja foarte interesat să le folosească.”

După ce au combinat simulări de înaltă fidelitate cu date din lumea reală, cercetătorii se pregătesc acum să testeze un instrument de luare a deciziilor în timp real în districtul Ixelles din Bruxelles. În Madrid, vor folosi modelele pentru a evalua opțiunile de rutare a traficului.

Un partener al proiectului, compania belgiană de inginerie BuildWind, dezvoltă modele digitale ale orașelor pentru a examina fluxurile de vânt la nivel de stradă, microclimatele și calitatea aerului. Platforma sa existentă BrusAir cartografiază poluarea aerului din Bruxelles, inclusiv în apropierea unor locații sensibile precum școlile.

„Această informație este destinată să ajute planificatorii urbani și administrația orașului să înțeleagă exact unde se concentrează poluanții”, a declarat CEO-ul BuildWind, Alessandro Gambale.

BuildWind a colaborat cu oameni de știință precum Parente pe probleme reale legate de poluarea aerului și speră ca noua cercetare să întărească și mai mult BrusAir. Rezultatele cercetării MODELAIR vor fi făcute disponibile pe scară mai largă spre sfârșitul acestui an.

Dacă abordarea funcționează conform planului, aceasta ar putea oferi orașelor o viziune mai detaliată asupra aerului pe care oamenii îl respiră pe propriile străzi, facilitând deciziile privind momentul și locul în care este necesară intervenția înainte ca poluarea să se acumuleze.

Cercetarea din acest articol a fost parțial finanțată prin programul Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA). Opiniile intervievaților nu reflectă neapărat cele ale Comisiei Europene. Dacă ți-a plăcut acest articol, te rugăm să-l distribui pe rețelele sociale.