고급 센서 기술로 맞춤형 공기질 모니터링 가능

그것은 우리 주위에 있지만 문제가 없는 한 우리는 일반적으로 우리가 숨쉬는 공기 중에 무엇이 있는지 관심을 두지 않습니다. 실내 및 실외 환경 모두에서 열악한 공기질은 우리의 건강과 웰빙에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 대기 오염 측정을 위한 두 가지 중요한 지표는 2.5μm(미크론) 이하(PM2.5)의 작은 입자상 물질(PM)과 휘발성 유기 화합물(VOC)입니다. 예를 들어, 연소 과정에서 벽난로와 양초에 의해 가정에서 배출됩니다. 청소 용품, 가구 또는 직물과 같은 일상적인 물건도 VOC를 방출할 수 있습니다. 이 기사에서는 개인의 공기질 모니터링을 통해 사람들의 건강과 웰빙을 개선할 수 있는 새로운 PM2.5 및 VOC 감지 기술에 대한 통찰력을 제공합니다.

개인 PM2.5 모니터링

미세먼지 노출이 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있음을 알고 있으며 세계 보건 기구(WHO)는 "대기 오염 수준을 줄임으로써 국가는 질병의 부담을 줄일 수 있습니다. 뇌졸중, 심장병, 폐암, 천식을 포함한 만성 및 급성 호흡기 질환으로부터." ¹

미립자 물질은 다양한 입자 크기로 존재하지만 인체 건강에 가장 큰 영향을 미치는 것은 PM2.5 범위의 미립자입니다. ² 직경이 2.5μm보다 작은 것입니다. 이 미세한 PM2.5 미립자는 쉽게 폐 깊숙이 침투하여 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있습니다. 연구가 계속 진행 중이지만, 하버드 대학의 최근 연구에서 논의된 바와 같이 PM2.5 노출이 SARS-CoV-2를 포함한 바이러스성 질병에 대한 민감성과 관련될 수 있다는 증거가 있습니다. ³

공식 공기질 측정소는 해당 실내 공기 데이터 없이 실외 환경에 대한 통합 또는 평균 데이터만 제공합니다. 개인화된 정보를 생성하지 않고 일정 기간 동안 평균을 낸 바로 주변의 공기질만 측정하기 때문에 급변하는 우리 주변 환경을 추적하고 지역 PM 수준의 변동을 모니터링하기 위한 실시간 정보가 부족합니다.

예를 들어 스마트폰이나 웨어러블에 있는 휴대용 공기질 측정 장치 또는 대기 오염 측정을 위한 선량계가 이 문제를 해결할 수 있습니다. 지금까지 PM2.5 센서는 모바일 장치에 비해 너무 컸습니다. Bosch Sensortec은 최근 대기 오염에 대한 개인의 노출 모니터링을 실현 가능한 현실로 만들 수 있는 센서 기술을 개발했습니다.

새로운 Bosch PM2.5 기술을 통해 이제 PM2.5 감지 기능을 모바일 장치에 통합하여 개인의 PM 노출을 측정할 수 있습니다. 사용자는 노출되고 있는 지역 오염 수준에 대한 데이터와 추세를 볼 수 있습니다. 스마트폰과 같은 대기 오염에 대한 개인의 노출을 모니터링하면 사용자가 신뢰할 수 있고 투명한 정보를 얻을 수 있으므로 WHO 대기 질 가이드라인에 따라 조치를 취하고 PM2.5 노출을 최소화할 수 있습니다. ^{4 이것은 사람들의 건강과 웰빙을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.}

예:그림 1 BreezoMeter와 협력하여 만든 PM2.5 Dosimeter 데모 앱을 보여줍니다. Dosimeter 앱은 Bosch PM 2.5 센서 기술로 현지에서 측정한 PM 데이터와 BreezoMeter 대기 오염 데이터를 결합하여 개인의 일일 PM 노출을 계산합니다.

그림 1:미립자 측정 선량계

초소형 미립자 센서 기술

기존의 소비자용 PM 센서는 내장형 팬에 의존하여 셀을 통해 공기를 끌어들이며, 여기서 미립자 계수가 등록되고 단위 부피당 농도가 계산됩니다. 이 접근 방식의 문제는 이러한 센서의 물리적 크기가 일반적으로 성냥갑 정도의 크기로 스마트폰과 같은 평평한 휴대용 장치에 사용하기에는 비실용적이라는 것입니다.

최근 Bosch Sensortec에서 개발한 고유한 PM 센서 기술은 자연적인 주변 공기 흐름만 있으면 작동합니다. 이는 스마트폰의 카메라와 유사한 방식으로 3개의 클래스 1 눈 안전 레이저가 유리 덮개 뒤에 통합되어 있는 카메라와 같은 원리를 기반으로 합니다.

이 새로운 접근 방식을 통해 Bosch Sensortec은 시장에 나와 있는 다른 솔루션 볼륨의 약 1/500(0.2%)을 차지하는 극적으로 작은 물리적 치수로 PM 감지 솔루션을 개발할 수 있습니다. 이 새로운 기술은 성냥 머리의 크기를 줄여 소비자 기기의 개인 PM2.5 측정에 이상적입니다. 전력 소모가 적고 유지 관리가 필요 없으며 방수 애플리케이션에 통합할 수 있습니다.

VOC 감지

공기 중 우려되는 또 다른 원인은 휘발성 유기 화합물(VOC)로, 이는 어느 방에서나 나타날 수 있는 상당히 큰 화학적 반응성 가스 그룹입니다. 사람들은 일반적으로 삶의 90%를 실내에서 보내므로 주변 실내 공기의 VOC 농도는 우리의 웰빙과 건강에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

VOC 센서는 (탄소)탄소 화합물(예:알코올 또는 CO), 황화물 화합물(불쾌한 냄새 유발, 예:H₂)과 같은 건물 내부와 실외의 광범위한 가스를 감지할 수 있습니다. S) 및 용매(예:아세톤). 예를 들어 페인트, 래커 또는 세제에서 나옵니다. 스마트 홈에서 VOC 정보는 주방 후드를 켜고 끄거나 공기 청정기를 켜는 것과 같은 여러 장치를 제어하는 ​​데 도움이 됩니다. 또한 경고를 생성하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어 냉장고에서 화재나 상한 음식을 감지하는 것입니다. VOC 데이터는 다른 사물 인터넷 응용 프로그램에서도 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 공기 품질을 기반으로 사무실 건물의 환기를 최적화합니다.

그림 2:VOC 및 PM2.5가 대기 질에 미치는 영향

VOC를 측정하기 위해 Bosch는 소형 고성능 가스 센서를 개발했습니다. BME680은 4-in-1 공기질 모니터링을 제공하는 세계 최소형 솔루션입니다. 주변 온도, 기압, 상대 습도 및 가스를 측정할 수 있으며 3 × 3 × 0.93mm ³ 패키지. 0.1mA 미만의 초저전력 범위에서 작동합니다.

센서는 신선한 공기(즉, 깨끗한 공기, 주로 질소, 산소 및 습도)와 추가 오염 물질이 있는 사용 공기를 구별할 수 있습니다. 일반적으로 사람들이 방에 있을 때 내쉬는 숨이 공기 질이 좋지 않은 가장 중요한 원인 중 하나입니다. 주변 공기에 포함된 호기 공기의 양을 알면 환기를 최적화하여 SARS-CoV-2와 같은 감염의 공기 중 전파를 예방하는 데 도움이 됩니다. ⁵ VOC 센서는 바이러스를 직접 감지할 수 없지만 간접적으로 사람들의 건강과 웰빙에 기여합니다.

지능형 소프트웨어는 수집된 센서 데이터를 사용자에게 유용한 출력으로 전환합니다. 최신 가스 감지 기술과 인공 지능을 결합하여 다양한 주변 조건을 인식하고 분류할 수 있어 많은 새로운 응용 프로그램을 사용할 수 있습니다.

산림 기후 매핑 및 조기 산불 감지를 위한 위험 평가의 고급 예를 살펴보겠습니다. 첫째, 센서 네트워크는 모든 환경 활동에 대한 실시간 보기로 전체 영역을 매핑합니다. 둘째, 기계 학습은 다양한 상황을 분류 및 예측하고 위험을 평가하기 위해 원시 데이터를 기반으로 수학적 모델을 만드는 데 사용됩니다. 셋째, 엣지 AI를 통해 최종 제품을 개별 사용자의 지역별 조건에 맞게 조정하고 전력 소비를 낮추는 데 사용됩니다.

그림 3:산림 기후의 예

또 다른 애플리케이션은 아기의 기저귀를 갈아줘야 할 때를 감지할 수 있습니다. 센서 하드웨어는 온도, 압력, 습도 및 가스의 존재를 측정할 수 있지만 부모는 이러한 수준의 세부 사항을 원하지 않습니다. 조치가 필요할 때만 알면 됩니다. 20세 이상 인구의 약 19%가 후각 장애를 앓고 있기 때문에 이 "기본" 정보는 삶의 질을 회복하는 데 도움이 될 수 있습니다. ⁶ 기계 학습으로 개발된 수학적 모델은 작동 중인 모델을 미세 조정하는 AI와 함께 원시 센서 데이터를 간단한 상태 표시로 변환하는 데 사용할 수 있습니다.

그림 4:기저귀 사용

보쉬는 새로운 기능을 추가하고 새로운 사용 사례를 가능하게 하기 위해 가스 센서의 범위를 더욱 확장하고 있습니다. 새로운 가스 감지 기술에는 보다 정교한 소프트웨어와 광범위한 가스 감지 기능이 포함될 것입니다. 예를 들어, 가스 센서는 다양한 가스 구성을 감지할 수 있습니다. 이를 통해 참조 데이터와 비교할 때 냄새를 식별할 수 있습니다(그림 5 ). 사용 사례의 예로는 공공 장소의 청결 상태 모니터링, 구취 분류, 상한 음식 감지 등이 있습니다.

그림 5:환경 감지는 다양한 가스 구성을 감지합니다.

결론

이 새로운 센서 기술은 정확하고 실시간으로 개인화된 공기질 데이터를 생성함으로써 우리 주변의 공기질을 평가하는 방식을 바꾸고 그에 따라 대응할 수 있게 해줍니다. 출퇴근이나 스포츠 활동에 적응하기 위해 언제 야외 활동을 할지 더 잘 계획할 것입니다. 환기를 제어하고 파티클 발생을 방지하여 가정 내 공기질을 관리합니다. 더 넓은 범위로 적용하면 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 새로운 지역으로 이사할 때나 휴가를 갈 곳을 결정할 때. 환경과 우리 자신을 건강하게 유지하기 위한 인식이 높아짐에 따라 대기질 애플리케이션에 대한 수요는 앞으로도 계속 증가할 것입니다.

보쉬의 공기질 감지 기술은 스마트폰과 같은 평면 휴대용 장치에 사용할 수 있을 만큼 충분히 작고 광범위하게 채택할 수 있을 만큼 충분히 저렴합니다. 이는 개인과 사회 전체에 눈에 띄는 이점을 제공할 것입니다.

참조

¹ WHO, '주변(실외) 대기오염', https://www.who.int/news-room/…

² 환경부 식품농촌부, 공중보건:'PM2.5의 근원과 영향', https://laqm.defra.gov.uk/publ…

³ 하버드 대학교, '대기 오염과 코로나바이러스 사망률 증가', https://www.hsph.harvard.edu/b…

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

⁵ 국제 환경:"SARS-CoV-2의 공중 전파:세계는 현실을 직시해야 합니다", 2020, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016041202031254X

⁶ 하버드 의과대학:"후각 장애:후각이 잘못될 때", 2018, https://www.health.harvard.edu/blog/smell-disorders-when-your-sense-of-smell-goes-asray -2018121215539

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