Badacze z Concordia opracowali szybszą metodę śledzenia rozprzestrzeniania się chorób w pomieszczeniach
Naukowcy z Uniwersytetu Concordia stworzyli nową metodę monitorowania i śledzenia, w jaki sposób cząstki chorobotwórcze, czyli patogeny, przemieszczają się w przestrzeniach zamkniętych. Narzędzie to może pomóc w ograniczaniu przyszłych ognisk chorób takich jak COVID-19.
Opis badań ukazał się w czasopiśmie Building and Environment. Opracowana technika wykorzystuje kamery i czujniki do monitorowania w czasie rzeczywistym osób zakażonych oraz modele algorytmiczne rozprzestrzeniania się patogenów w powietrzu, aby ocenić poziom ryzyka infekcji. System może także automatycznie współpracować z instalacjami wentylacyjnymi, aby zoptymalizować przepływ powietrza i obniżyć prawdopodobieństwo zakażeń wtórnych.
„Nasza metoda znacząco skraca czas symulacji w porównaniu z wcześniejszymi badaniami, pozwalając lepiej ocenić, czy dane miejsce nadal stanowi zagrożenie po kontakcie z patogenem” – wyjaśnia główna autorka pracy, doktorantka Zeinab Deldoost. Podkreśla również, że większość dotychczasowych modeli uwzględniała jedynie krótkie epizody transmisji drogą powietrzną (do minuty), podczas gdy nowy system umożliwia symulacje w znacznie dłuższym czasie.
Profesor Fariborz Haghighat z Wydziału Inżynierii Budowlanej, Lądowej i Środowiskowej dodaje: „Jeżeli wiemy, że dana osoba jest chora, system pozwala nam monitorować jej ruch i ocenić przestrzenną dyspersję patogenu wokół niej. Budynek wyposażony w czujniki umożliwia śledzenie osób zakażonych oraz oszacowanie, kto mógł mieć z nimi kontakt”.
Prostsze obliczenia przepływu powietrza
Efektywność modelu polega na zmniejszeniu liczby obliczeń. Zamiast analizować wpływ ruchu człowieka na cyrkulację powietrza, traktuje się go jako „bezwładne, ruchome źródło emisji”. To podejście daje spójny obraz przepływu i pozwala badać rozprzestrzenianie się patogenu z poruszającego się źródła.
Badacze zweryfikowali to założenie, pokazując, że obecność człowieka zakłóca przepływ powietrza tylko przez krótki czas. Po opuszczeniu pomieszczenia przepływ wraca do normy w ciągu około 40 sekund, a zakłócenia sięgają jedynie metra wokół ścieżki przemieszczania się. Wpływ na dyspersję patogenów w większych przestrzeniach i dłuższych okresach jest zatem pomijalny.
Dzięki tej metodzie model może zasymulować jedną sekundę rozprzestrzeniania się cząsteczek w powietrzu w zaledwie 3,8 sekundy na standardowym laptopie. To czyni system szczególnie przydatnym w złożonych budynkach o zmiennej liczbie użytkowników, takich jak szpitale. Umożliwia też podejmowanie decyzji w niemal rzeczywistym czasie.
Profesor Fuzhan Nasiri, współautor badań, uważa, że metoda ta może stać się podstawą szerszego wykorzystania modeli dyspersyjnych w budynkach: „Jeśli zastosujemy tę symulację w dłuższej perspektywie, w różnych scenariuszach, uzyskamy dane pozwalające odwzorować różne schematy ruchu i rozprzestrzeniania się patogenów. Takie zbiory danych mogłyby posłużyć do trenowania systemów sztucznej inteligencji, dzięki czemu w przyszłości nie byłoby konieczne uruchamianie pełnych symulacji, by uzyskać te same wyniki”.
Badania zostały wsparte grantem Discovery Research Council of Canada (NSERC).
Źródło: Building and Environment, Real-time analysis of pathogen dispersion patterns resulting from a moving infectious person
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2025.113153
