Πηγή Εικόνας: Gerd Altmann από το PixabayΕρευνητές βασίζονται στα ψηφιακά δίδυμα και την τεχνητή νοημοσύνη προκειμένου να προβλέπουν τη ρύπανση σε επίπεδο δρόμου και να βοηθήσουν τις αρχές να παρεμβαίνουν εκεί όπου χρειάζεται περισσότερο.
Στις πόλεις, η ατμοσφαιρική ρύπανση μπορεί να παρουσιάζει έντονες διακυμάνσεις από τον ένα δρόμο στον άλλο. Το καυσαέριο μπορεί να εγκλωβιστεί μεταξύ ψηλών κτιρίων, να συσσωρευτεί σε πολυσύχναστες διασταυρώσεις ή να μεταφερθεί στην είσοδο ενός σχολείου. Ωστόσο, οι πόλεις συχνά δεν διαθέτουν τις λεπτομερείς προβλέψεις που απαιτούνται για να αναλάβουν δράση πριν τα επίπεδα ρύπανσης γίνουν επικίνδυνα.
Για την καθηγήτρια Soledad Le Clainche, από το Πολυτεχνείο της Μαδρίτης και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας ModelFLOWs, η καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο κινείται ο αέρας στις πόλεις θα μπορούσε να συμβάλει στην αντιμετώπιση μιας από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της Ευρώπης στον τομέα της περιβαλλοντικής υγείας.
Στο πλαίσιο ενός ερευνητικού προγράμματος που χρηματοδοτείται από την ΕΕ, με την ονομασία MODELAIR, η Le Clainche συνεργάζεται με ερευνητές από το Βέλγιο, την Ολλανδία, τη Σουηδία και το Ηνωμένο Βασίλειο, με στόχο να καταστήσει πιο κατανοητά για τις πόλεις τα αόρατα και εξαιρετικά τοπικά μοτίβα της αστικής ρύπανσης.
Εικονικές πόλεις με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης
Οι ερευνητές του MODELAIR αναπτύσσουν τρισδιάστατα «ψηφιακά δίδυμα» πόλεων που βασίζονται στην τεχνητή νοημοσύνη. Συνδυάζοντας προσομοιώσεις υπολογιστή, δεδομένα αισθητήρων και τρισδιάστατα μοντέλα, παρέχουν μια εικόνα της ποιότητας του αέρα στις πόλεις σε πραγματικό χρόνο και σε επίπεδο δρόμου.
Στόχος είναι να βοηθηθούν τις δημοτικές αρχές να λαμβάνουν πιο τεκμηριωμένες αποφάσεις σχετικά με τον σχεδιασμό της κυκλοφορίας, την τοπική παρακολούθηση και τα σημεία όπου πρέπει να εφαρμοστούν μέτρα ελέγχου της ρύπανσης. Η έρευνα συμπληρώνει την «Αποστολή της ΕΕ για Κλιματικά Ουδέτερες και Έξυπνες Πόλεις», η οποία βοηθά τις ευρωπαϊκές πόλεις να μειώσουν τις εκπομπές και να βελτιώσουν την αστική ζωή.
Τα εργαλεία δοκιμάζονται στις Βρυξέλλες, τη Μαδρίτη και το Μπρίστολ. Κάθε πόλη διερευνά μια διαφορετική χρήση, από την κατανόηση των επιπτώσεων του αστικού σχεδιασμού έως τη βελτίωση της τοπικής παρακολούθησης και τη δοκιμή πρακτικών λύσεων.
Η συντριπτική πλειονότητα των κατοίκων των ευρωπαϊκών πόλεων εκτίθεται σε επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης που υπερβαίνουν τα όρια που ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (ΠΟΥ) θεωρεί ασφαλή. Η ατμοσφαιρική ρύπανση αυξάνει τον κίνδυνο καρδιακών παθήσεων, εγκεφαλικών επεισοδίων και διαφόρων μορφών καρκίνου, ενώ επιδεινώνει το άσθμα και τις αναπνευστικές λοιμώξεις. Αν και συχνά αόρατη, δεν αποτελεί ασήμαντο ζήτημα.
Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Περιβάλλοντος εκτιμά ότι, η μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στα επίπεδα που ορίζουν οι κατευθυντήριες γραμμές του ΠΟΥ θα μπορούσε να είχε αποτρέψει 182.000 θανάτους από λεπτά σωματίδια, 63.000 από έκθεση στη ρύπανση από όζον και 34.000 από διοξείδιο του αζώτου στα 27 κράτη μέλη της ΕΕ.
Νέα στοιχεία υποδεικνύουν επίσης την ατμοσφαιρική ρύπανση ως πιθανή αιτία άνοιας, σύμφωνα με τον ΠΟΥ, ενώ οι χώρες της ανατολικής και νοτιοανατολικής Ευρώπης υπέστησαν τις σοβαρότερες επιπτώσεις στην υγεία από τη ρύπανση.
Αν και η ατμοσφαιρική ρύπανση έχει γενικά βελτιωθεί στην Ευρώπη, συνεχίζουν να προκύπτουν εκπληκτικά νέα ευρήματα σχετικά με τις βλαβερές επιπτώσεις της. Μελέτη του 2025 διαπίστωσε ότι η έκθεση σε κοινά μικροσκοπικά σωματίδια και οξείδια του αζώτου στην ατμόσφαιρα κατά τα πρώτα 18 χρόνια της ζωής συνδέεται με χειρότερη καρδιαγγειακή υγεία, ιδίως με υψηλότερη αρτηριακή πίεση στους νεαρούς ενήλικες.
Κοιτώντας σε επίπεδο δρόμου
Η ομάδα στοχεύει να ξεπεράσει τη συνήθη γενική εικόνα των συνολικών επιπέδων ρύπανσης μιας πόλης, αξιοποιώντας εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης, όπως βοηθητικά λογισμικά που συγκεντρώνουν συνεχώς πληροφορίες από αισθητήρες, μετεωρολογικές προβλέψεις και υπολογιστικά μοντέλα για να παράγουν τοπικές προβλέψεις.
Ορισμένες μέθοδοι του έργου είναι ήδη διαθέσιμες μέσω της εφαρμογής ανοιχτού κώδικα ModelFLOWs-App. Τα μοντέλα που διατίθενται σήμερα μπορούν να μας παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες, αλλά δεν προσφέρουν πάντα στις πόλεις τη λεπτομερή εικόνα που χρειάζονται για να αναλάβουν δράση. Η πρόκληση συνίσταται στο να συνδυάσουμε όλα τα διαφορετικά στοιχεία που διαθέτουμε – από σταθμούς παρακολούθησης της ποιότητας του αέρα και άλλες περιορισμένες πηγές δεδομένων – με εξαιρετικά λεπτομερείς προσομοιώσεις του τρόπου με τον οποίο κινείται ο αέρας μέσα σε μια πόλη.
Η πρωτοβουλία, που ξεκίνησε το 2023, συνδυάζει ψηφιακά τρισδιάστατα μοντέλα πόλεων με πειράματα σε αεροδυναμική σήραγγα, προκειμένου να ελέγχει και να βελτιώνει τις προβλέψεις της.
Αντίδραση σε πραγματικό χρόνο
Η κατανόηση της συμπεριφοράς των σωματιδίων και της αεριοειδούς ρύπανσης περιπλέκεται από το τρισδιάστατο περιβάλλον των πόλεων, όπου μεταβλητές όπως η πίεση, ο άνεμος και η θερμοκρασία μπορούν να αλλάζουν ανά ώρα και να επηρεάζουν τα επίπεδα ρύπανσης.
Η ομάδα επιδιώκει μέσα από συνεργασίες να καλύψει τα κενά και να προβλέψει τι συμβαίνει σε μια συγκεκριμένη γωνία δρόμου ή διασταύρωση. Οι πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους πολεοδόμους να σταθμίσουν επιλογές, όπως η αλλαγή των κυκλοφοριακών ροών ή η απόφαση για την τοποθεσία της τοπικής βιομηχανίας.
Οι αστικές θερμικές νησίδες δημιουργούνται επειδή η άσφαλτος, το σκυρόδεμα και τα κτίρια συγκρατούν τη θερμότητα, ευνοώντας τον σχηματισμό όζοντος και παγιδεύοντας ρύπους σε ορισμένους δρόμους.
Πολεοδομία, αναδιάταξη της κυκλοφορίας
Η τεχνητή νοημοσύνη, όπως υπογραμμίζουν οι ερευνητές σε άρθρο στο Horizon Magazine, μπορεί να κάνει μόνο προτάσεις, για παράδειγμα τη φύτευση δέντρων σε συγκεκριμένες τοποθεσίες για τη μείωση των θερμοκρασιών, την απορρόφηση ορισμένων ρύπων και τη δημιουργία σκιάς. Τελικά, οι επιστήμονες και οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής θα χρησιμοποιούσαν τις λεπτομερείς πληροφορίες σε επίπεδο δρόμου που παρέχει το ψηφιακό δίδυμο για να αποφασίσουν ακριβώς πού πρέπει να παρέμβουν.
«Ένα ψηφιακό δίδυμο είναι ένα εργαλείο που θα προσομοιώνει μια μικρή περιοχή μιας πόλης, παρέχοντάς μας πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο ένα μοτίβο ροής αέρα συνδέεται με υψηλά επίπεδα ρύπανσης», δήλωσε η Le Clainche. «Δημιουργούμε εργαλεία που μπορούν να αποδειχθούν πραγματικά πολύτιμα για τους δήμους. Η Μαδρίτη έχει ήδη δείξει μεγάλο ενδιαφέρον για τη χρήση τους.»
Έχοντας συνδυάσει προσομοιώσεις υψηλής πιστότητας με δεδομένα από τον πραγματικό κόσμο, οι ερευνητές προετοιμάζονται τώρα να δοκιμάσουν εργαλείο λήψης αποφάσεων σε πραγματικό χρόνο στην περιοχή Ixelles των Βρυξελλών. Στη Μαδρίτη, θα χρησιμοποιήσουν τα μοντέλα για να αξιολογήσουν τις επιλογές δρομολόγησης της κυκλοφορίας.
Ένας από τους εταίρους του έργου, η βελγική εταιρεία μηχανικών BuildWind, αναπτύσσει ψηφιακά μοντέλα πόλεων για τη μελέτη των ρευμάτων ανέμου σε επίπεδο δρόμου, των μικροκλιμάτων και της ποιότητας του αέρα. Η υπάρχουσα πλατφόρμα BrusAir χαρτογραφεί την ατμοσφαιρική ρύπανση σε ολόκληρες τις Βρυξέλλες, συμπεριλαμβανομένων περιοχών κοντά σε ευαίσθητες τοποθεσίες, όπως τα σχολεία.
«Αυτές οι πληροφορίες έχουν ως στόχο να βοηθήσουν τους πολεοδόμους και τη διοίκηση της πόλης να κατανοήσουν ακριβώς πού συγκεντρώνονται οι ρύποι», δήλωσε ο Διευθύνων Σύμβουλος της BuildWind, Alessandro Gambale.
Η BuildWind έχει συνεργαστεί με επιστήμονες για την αντιμετώπιση πραγματικών προκλήσεων σχετικά με την ατμοσφαιρική ρύπανση και ελπίζει ότι η νέα έρευνα θα ενισχύσει περαιτέρω την πλατφόρμα BrusAir. Τα ευρήματα της έρευνας MODELAIR θα δημοσιοποιηθούν ευρύτερα προς το τέλος του τρέχοντος έτους.
Εάν η προσέγγιση λειτουργήσει όπως έχει προγραμματιστεί, θα μπορούσε να προσφέρει στις πόλεις μια πιο λεπτομερή εικόνα του αέρα που αναπνέουν οι άνθρωποι στους δρόμους τους, διευκολύνοντας τη λήψη αποφάσεων σχετικά με το πότε και πού απαιτείται δράση, προτού συσσωρευτεί η ρύπανση.
