{"id":956,"date":"2025-08-26T10:39:07","date_gmt":"2025-08-26T08:39:07","guid":{"rendered":"https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/?page_id=956"},"modified":"2025-08-31T14:34:10","modified_gmt":"2025-08-31T12:34:10","slug":"air-guard","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/progetti\/air-guard\/","title":{"rendered":"Un wearable per la qualit\u00e0 dell\u2019aria"},"content":{"rendered":"\t\t<div data-elementor-type=\"wp-page\" data-elementor-id=\"956\" class=\"elementor elementor-956\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-d6a47de e-flex e-con-boxed e-con e-parent\" data-id=\"d6a47de\" data-element_type=\"container\">\n\t\t\t\t\t<div class=\"e-con-inner\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-d1a5848 elementor-widget elementor-widget-heading\" data-id=\"d1a5848\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"heading.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t<h2 class=\"elementor-heading-title elementor-size-default\">Come abbiamo trasformato un progetto quasi impossibile (e sensori da 5 \u20ac) in un dispositivo smart grazie a elettronica, statistica e un pizzico di Matrix (si il film)<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-3cc6d3a e-flex e-con-boxed e-con e-parent\" data-id=\"3cc6d3a\" data-element_type=\"container\">\n\t\t\t\t\t<div class=\"e-con-inner\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-52bcd4b elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"52bcd4b\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<h2 data-start=\"421\" data-end=\"432\">La sfida<\/h2><p data-start=\"433\" data-end=\"696\">Ad inizio 2025 ci \u00e8 stato commissionato un progetto incredibile: sviluppare l\u2019elettronica per un device indossabile.<br data-start=\"549\" data-end=\"552\" \/>L\u2019oggetto aveva il compito di controllare la qualit\u00e0 dell\u2019aria ed avvisare l\u2019utente nel caso venissero rilevati composti inquinanti o tossici.<\/p><p data-start=\"698\" data-end=\"849\">I vincoli erano stringenti, ma del resto la libert\u00e0 di agire proviene dalle regole.<br data-start=\"781\" data-end=\"784\" \/>Cosa sarebbe ad esempio il gioco degli scacchi senza le regole?<\/p><p data-start=\"851\" data-end=\"910\">Il dispositivo doveva essere il pi\u00f9 piccolo possibile ed:<\/p><ul data-start=\"911\" data-end=\"1303\"><li data-start=\"911\" data-end=\"971\"><p data-start=\"913\" data-end=\"971\">Avere una durata di qualche giorno alimentato a batteria<\/p><\/li><li data-start=\"972\" data-end=\"1032\"><p data-start=\"974\" data-end=\"1032\">Avere una connessione WiFi per possibili sviluppi futuri<\/p><\/li><li data-start=\"1033\" data-end=\"1097\"><p data-start=\"1035\" data-end=\"1097\">Avere una dimensione ridottissima, del resto era un wearable<\/p><\/li><li data-start=\"1098\" data-end=\"1163\"><p data-start=\"1100\" data-end=\"1163\">Avere la possibilit\u00e0 di avvisare l\u2019utente con feedback aptico<\/p><\/li><li data-start=\"1164\" data-end=\"1237\"><p data-start=\"1166\" data-end=\"1237\">Avere la possibilit\u00e0 di interagire con l\u2019utente senza nessun pulsante<\/p><\/li><li data-start=\"1238\" data-end=\"1303\"><p data-start=\"1240\" data-end=\"1303\">E poi la richiesta che ogni committente sogna: <strong data-start=\"1287\" data-end=\"1303\">BASSO COSTO!<\/strong><\/p><\/li><\/ul><h2 data-start=\"1305\" data-end=\"1336\">Gli inquinanti da monitorare<\/h2><p data-start=\"1337\" data-end=\"1507\">Innanzi tutto la scelta dei sensori. Abbiamo selezionato gli inquinanti da individuare facendo un viaggio interessante tra composti letali, tossici o almeno pericolosi.<\/p><p data-start=\"1509\" data-end=\"1553\"><u>Ed ecco qui la nostra specialissima top 5:<\/u><\/p><ul data-start=\"1555\" data-end=\"3216\"><li data-start=\"1555\" data-end=\"1690\"><p data-start=\"1557\" data-end=\"1690\"><strong data-start=\"1557\" data-end=\"1587\">CO (Monossido di carbonio)<\/strong>: letale, non ha bisogno di presentazioni, \u00e8 in grado di uccidere quasi all\u2019istante, senza preavviso.<\/p><\/li><li data-start=\"1691\" data-end=\"2200\"><p data-start=\"1693\" data-end=\"2200\"><strong data-start=\"1693\" data-end=\"1721\">H\u2082S (idrogeno solforato)<\/strong>: cosa potr\u00e0 mai succedere se si mette insieme un gas reattivo come l\u2019idrogeno con un non metallo dal carattere particolarmente irritabile come lo zolfo? Il matrimonio di questi due elementi crea un composto estremamente pericoloso anche a basse concentrazioni: irritante per gli occhi e le mucose, causa lacrimazione, tosse e difficolt\u00e0 respiratorie. A concentrazioni leggermente pi\u00f9 alte porta ad edema polmonare, aritmia cardiaca. Ci sono buone notizie per\u00f2: \u00e8 infiammabile.<\/p><\/li><li data-start=\"2201\" data-end=\"2358\"><p data-start=\"2203\" data-end=\"2358\"><strong data-start=\"2203\" data-end=\"2230\">NO\u2082 (biossido di azoto)<\/strong>: meno famoso dei precedenti ma altrettanto pericoloso. Soprattutto in anziani e bambini. Pu\u00f2 causare asma ed edema polmonare.<\/p><\/li><li data-start=\"2359\" data-end=\"2879\"><p data-start=\"2361\" data-end=\"2879\"><strong data-start=\"2361\" data-end=\"2380\">NH\u2083 (ammoniaca)<\/strong>: la conosciamo tutti. La tossicit\u00e0 dell\u2019ammoniaca dipende dalla concentrazione e dalla durata dell\u2019esposizione, con effetti che vanno da irritazione di occhi, naso e gola a gravi ustioni chimiche, edema polmonare ed alla lunga \u00e8 potenzialmente letale, specialmente in caso di inalazione, contatto con pelle e mucose o ingestione. Viene usata nei sistemi di controllo della temperatura nella stazione spaziale dove una sua fuga \u00e8 classificata pericolosa tanto quanto l\u2019esplosione di un finestrino.<\/p><\/li><li data-start=\"2880\" data-end=\"3216\"><p data-start=\"2882\" data-end=\"3216\"><strong data-start=\"2882\" data-end=\"2918\">VOC (Volatile Organic Compounds)<\/strong>: composti organici volatili. Sono quei composti a base carbonio che diventano gas facilmente: benzina, alcool, acetone, formaldeide e simili. Sicuramente non letali a basse concentrazioni, ma non dormirei con una tanica di benzina aperta accanto al letto\u2026 e non solo per il pericolo di incendio.<\/p><\/li><\/ul><p data-start=\"3218\" data-end=\"3392\">Una volta individuato cosa cercare ci siamo focalizzati sulla scelta dei sensori, trovando componenti che permettevano di identificare gli inquinanti.<\/p><h2 data-start=\"3394\" data-end=\"3422\">Dal prototipo alla realt\u00e0<\/h2><div>\u00a0<\/div><p data-start=\"3423\" data-end=\"3798\">Siamo poi passati alla fase di sviluppo, simulazione e realizzazione del circuito.<br data-start=\"3505\" data-end=\"3508\" \/>Circuito su due strati con i componenti saldati su entrambi, dotato di un micromotore elettrico per creare la vibrazione ed allertare l\u2019utente, un LED neopixel che cambia colore e si illumina dando anche un feedback visivo del gas rilevato, il tutto controllato da un piccolissimo XIAO. (Grazie seeed studio!)<br \/>Per risparmiare la batteria, il rail di alimentazione dei sensori era controllato da transistor. Agendo come interruttori potevamo accendere e spegnere i sensori al comando, facendo risparmiare energia ed allungando la durata della batteria.<\/p><p data-start=\"4045\" data-end=\"4278\">Stessa cosa per lo XIAO: il nostro centro di controllo che, entrando in una condizione chiamata <em data-start=\"4141\" data-end=\"4153\">deep sleep<\/em>, consuma pochi microampere.<br \/><br data-start=\"4181\" data-end=\"4184\" \/><b>La batteria ora poteva alimentare il circuito per qualche giorno invece che per qualche ora.<\/b><\/p><p data-start=\"4045\" data-end=\"4278\"><b>\u00a0<\/b><\/p><div id=\"attachment_947\" style=\"width: 310px\" class=\"wp-caption alignnone\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-947\" class=\"size-medium wp-image-947\" src=\"https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/wp-content\/uploads\/2025\/08\/photo_5947406464094161137_x-1-300x235.jpg\" alt=\"sensore qualit\u00e0 aria\" width=\"300\" height=\"235\" srcset=\"https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/wp-content\/uploads\/2025\/08\/photo_5947406464094161137_x-1-300x235.jpg 300w, https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/wp-content\/uploads\/2025\/08\/photo_5947406464094161137_x-1-768x602.jpg 768w, https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/wp-content\/uploads\/2025\/08\/photo_5947406464094161137_x-1.jpg 770w\" sizes=\"(max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><p id=\"caption-attachment-947\" class=\"wp-caption-text\">simulazione del circuito finito<\/p><\/div><h2 data-start=\"4280\" data-end=\"4317\">La scomoda verit\u00e0<br \/><span style=\"color: inherit; font-family: inherit; letter-spacing: -0.02em; font-weight: 400; font-size: 16px;\">Ma non tutto funziona sempre secondo le simulazioni, soprattutto quando si ha a che fare con scadenti sensori cinesi e con la documentazione <\/span><span style=\"color: inherit; font-family: inherit; letter-spacing: -0.02em; font-size: 16px;\">unicamente in cinese.<\/span><\/h2><p data-start=\"4500\" data-end=\"4748\">Al primo avvio del sistema ci siamo scontrati con la realt\u00e0: i sensori, <b>TUTTI<\/b> i sensori, soffrivano di <em data-start=\"4603\" data-end=\"4622\">cross sensitivity<\/em>.<\/p><p>La condizione peggiore in assoluto a cui ci saremmo mai potuti affacciare.<br data-start=\"4623\" data-end=\"4626\" \/>La <i>cross sensitivity <\/i>\u00e8 quell\u2019effetto per cui un sensore misura anche altro rispetto a quello per cui \u00e8 stato progettato. E&#8217; un difetto e solitamente pi\u00f9 i sensori costano meno hanno effetti di <i>cross sensitivity.<\/i><\/p><p data-start=\"4750\" data-end=\"4972\">Nel nostro caso, esponendo il dispositivo al monossido di carbonio (<i>s\u00ec, ci piace usare il gas pi\u00f9 letale della nostra top 5<\/i>)\u2026 tutti i sensori si attivavano.<br data-start=\"4906\" data-end=\"4909\" \/>Se veniva esposto all\u2019ammoniaca? Stessa cosa.<br data-start=\"4954\" data-end=\"4957\" \/>Alcol? Anche.<\/p><p data-start=\"4974\" data-end=\"5101\">Presi dallo sconforto, dopo aver disegnato un PCB stupendo di appena 3 cm di lato, stavamo per abbandonare l\u2019intero progetto.<\/p><h2 data-start=\"5103\" data-end=\"5129\">L\u2019intuizione matematica<\/h2><p data-start=\"5130\" data-end=\"5231\">Ma come avevo detto prima: la libert\u00e0 viene dalle regole.<br data-start=\"5187\" data-end=\"5190\" \/>E come dice Morpheus a Neo in <em data-start=\"5220\" data-end=\"5228\">Matrix<\/em>:<\/p><blockquote data-start=\"5232\" data-end=\"5367\"><p data-start=\"5234\" data-end=\"5367\">\u201c<u>Ricorda che queste regole sono simili a quelle di un sistema di elaborazione dati: alcune possono essere eluse, altre infrante.<\/u>\u201d<\/p><\/blockquote><p data-start=\"5369\" data-end=\"5533\">Infrangere le regole quando si tratta di chimica ed elettronica risulta complesso nel mondo reale\u2026 ma per quanto riguarda l\u2019elusione, forse non era tutto perduto.<\/p><p data-start=\"5535\" data-end=\"5716\">Ci siamo appellati alla matematica e alla statistica.<br data-start=\"5588\" data-end=\"5591\" \/>Abbiamo notato che \u00e8 vero che ogni sensore reagiva ad ogni composto, ma ogni sensore reagiva in modo unico a quel composto.<\/p><p data-start=\"5718\" data-end=\"5849\">Qui sotto potete vedere la distribuzione statistica dei dati raccolti quando il sistema \u00e8 stato esposto al monossido di carbonio.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-3155133 e-flex e-con-boxed e-con e-parent\" data-id=\"3155133\" data-element_type=\"container\">\n\t\t\t\t\t<div class=\"e-con-inner\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-feef190 elementor-widget elementor-widget-image\" data-id=\"feef190\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"image.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<img decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"502\" src=\"https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/wp-content\/uploads\/2025\/08\/photo_5947406464094161140_y-1-1024x502.jpg\" class=\"attachment-large size-large wp-image-948\" alt=\"\" srcset=\"https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/wp-content\/uploads\/2025\/08\/photo_5947406464094161140_y-1-1024x502.jpg 1024w, https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/wp-content\/uploads\/2025\/08\/photo_5947406464094161140_y-1-300x147.jpg 300w, https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/wp-content\/uploads\/2025\/08\/photo_5947406464094161140_y-1-768x377.jpg 768w, https:\/\/www.mirai-innovation.eu\/blog\/wp-content\/uploads\/2025\/08\/photo_5947406464094161140_y-1.jpg 1280w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/>\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-12d40d0 e-flex e-con-boxed e-con e-parent\" data-id=\"12d40d0\" data-element_type=\"container\">\n\t\t\t\t\t<div class=\"e-con-inner\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-61c6889 elementor-widget elementor-widget-text-editor\" data-id=\"61c6889\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"text-editor.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<p data-start=\"5851\" data-end=\"6066\">Come si nota: ogni sensore si attiva, ma lo fa in modo differente.<br data-start=\"5917\" data-end=\"5920\" \/>Quindi \u00e8 davvero possibile capire cosa il dispositivo sta rilevando anche se tutti i sensori si attivano simultaneamente, usando queste distribuzioni statistiche come \u201cfirme\u201d.<\/p><h2 data-start=\"6068\" data-end=\"6086\">L\u2019addestramento<\/h2><p data-start=\"6087\" data-end=\"6359\">Abbiamo preso migliaia di letture di aria pulita, di aria con molecole di alcol, e\u00a0 letture con ogni composto che siamo riusciti a produrre.<br data-start=\"6258\" data-end=\"6261\" \/>Per qualche settimana il nostro laboratorio si \u00e8 trasformato anche in un laboratorio di chimica.<\/p><p data-start=\"6361\" data-end=\"6749\"><b>A questo punto avevamo un dataset pronto: mancava solo la magia.<br data-start=\"6425\" data-end=\"6428\" \/><\/b>Con Python, su un computer, usando quei dati \u00e8 stato fatto un addestramento su una rete decisionale usando <strong data-start=\"6535\" data-end=\"6552\">Random Forest<\/strong> come classificatore.<\/p><p data-start=\"6751\" data-end=\"6930\">Terminato l\u2019addestramento e trasferita la rete sul device, ci siamo resi conto che eravamo riusciti davvero ad eludere quelle regole che Morpheus ci aveva ricordato. Il miracolo era compiuto!<\/p><h2 data-start=\"6932\" data-end=\"6947\">Il risultato<\/h2><p data-start=\"6948\" data-end=\"7242\">Il sistema cos\u00ec riconfigurato era davvero in grado di rilevare ogni composto prodotto.<br data-start=\"7057\" data-end=\"7060\" \/>Durante i test abbiamo realizzato che la sua precisione ed affidabilit\u00e0 gli permettevano addirittura di capire se l\u2019aria era da \u201cinterno\u201d o da \u201cesterno\u201d, semplicemente addestrandolo.<\/p><p data-start=\"7244\" data-end=\"7405\">Non c\u2019era un sensore specifico per l\u2019acetone. Ma ora era in grado di rilevarlo.<br data-start=\"7323\" data-end=\"7326\" \/>Non c\u2019era un sensore specifico per l\u2019alcol. Ma ora era in grado di rilevarlo.<br \/>Non era nemmeno stata presa in considerazione la possibilit\u00e0 di discriminare se ci si trova all&#8217;esterno o all&#8217;interno. Ma ora \u00e8 in grado di rolevarlo<\/p><p><b>Se avessimo fatto funzionare qualcosa che non funzionava saremmo stati come chiunque. Lo abbiamo invece portato oltre le specifiche iniziali!<\/b><b>\u00a0E&#8217; questo quello che ci contraddistingue.<\/b><\/p><p data-start=\"7407\" data-end=\"7663\">abbiamo regalato ad un oggetto cos\u00ec piccolo un numero impressionante di opportunit\u00e0, unicamente usando l\u2019innovazione, la scienza e il nostro ingegno.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-b61ebd5 e-flex e-con-boxed e-con e-parent\" data-id=\"b61ebd5\" data-element_type=\"container\">\n\t\t\t\t\t<div class=\"e-con-inner\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-element elementor-element-3a1a5db elementor-widget elementor-widget-emb3d-model-viewer\" data-id=\"3a1a5db\" data-element_type=\"widget\" data-widget_type=\"emb3d-model-viewer.default\">\n\t\t\t\t<div class=\"elementor-widget-container\">\n\t\t\t\t\t<div><emb3d-viewer class=\"emb3d-viewer\" role=\"img\" arial-label=\"Emb3D Model Viewer\" 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