Sensori per disinfettare gli ospedali

UVPANEL, 2 MCU ST e 3 sensori ToF aiutano a uccidere i germi per rendere gli ascensori ospedalieri più puliti e sicuri.

di Fonte ST 02-12-21
Secondo uno studio pubblicato nel 2014, ricercatori di Toronto, in Canada, avevano scoperto che i pulsanti degli ascensori degli ospedali presentavano probabilità di risultare positivi a stafilococco, streptococco e batteri coliformi nettamente superiori persino ai bagni pubblici di quegli stessi ospedali. La maggior parte dei batteri rilevati aveva una bassa carica patogenica, ma l'informazione dà da pensare ed ha aperto la strada all'invenzione dei pannelli per ascensore UVPANEL di UVENTIONS. Montato sul soffitto degli ascensori ospedalieri, il pannello rappresenta il primo esempio di disinfezione automatica con raggi ultravioletti-C.

Perché funziona l'irradiazione germicida?

Grazie a tre sensori del tempo di volo VL53L5CX e due microcontrollori STM32, l'UVPANEL è in grado di determinare automaticamente la quantità di luce UV-C richiederà necessaria nell'ascensore e per quanto tempo emetterla. I sensori del tempo di volo, infatti, emettono luce laser e ne attendono il ritorno. Calcolando quanto tempo impiegano i fotoni a tornare permette ai sensori di determinare la presenza di persone o cose nell'ascensore. UVENTIONS utilizza quindi un STM32H733ZG per elaborare i dati dai sensori, mappare l'ascensore e decidere se è possibile accendere le luci ultraviolette in sicurezza.

L'idea di irradiare luce UV-C su una superficie per scopi igienico-sanitari non è nuova. La pandemia globale ha portato, per esempio, alla divulgazione di lampade UV-C domestiche. I consumatori mettono il telefono, lo spazzolino e altro all'interno di una scatola contenente le luci e premono un pulsante per avviare il ciclo di disinfezione. In poche parole, l'irradiazione germicida sfrutta la lunghezza d'onda della luce. Lo spettro C dell'ultravioletto, che si trova tra 100 e 280 nanometri, è così corto che può danneggiare il DNA dei batteri. Di conseguenza, l'organismo non può più riprodursi e/o contaminare il suo ospite.



Quali sono le difficoltà di una irradiazione germicida?

Il problema della sanificazione tradizionale UV-C è che necessita di una corretta regolazione sia della quantità di luce, che della durata del getto. In effetti, non riuscire a inviare abbastanza radiazioni significa che la luce non influisce sui batteri abbastanza da fare la differenza. Di conseguenza, disinfettare correttamente tutte le superfici in un ascensore ospedaliero può essere scoraggiante. Sta agli sviluppatori determinare le dimensioni del carrello, quindi personalizzare la quantità di luce UV-C e la sua durata. La necessità di personalizzare ogni configurazione è, tuttavia, proibitiva in termini di costi. Da cui la necessità per UVENTIONS di automatizzare il processo.

L'altra considerazione critica riguarda la sicurezza. Per proteggere il pubblico dagli effetti dannosi dei raggi UV-C, i produttori devono implementare misure di sicurezza affidabili. Ad esempio, la maggior parte degli elettrodomestici spegne le lampade UV-C quando l'utente apre un involucro. Nel caso dell'UVPANEL, UVENTIONS ha dovuto creare un sistema che interrompesse il processo di irraggiamento appena aperte le porte. Doveva essere estremamente rapido e infallibile. Inoltre, il sistema deve inserirsi all'interno dell'UVPANEL per evitare di aumentare i costi o rallentare le operazioni di installazione.

Mappare l'ascensore

Per risolvere il problema della determinazione delle dimensioni del carrello elevatore, UVENTIONS si è rivolta ai sensori del tempo di volo ST. Nel suo prototipo, per avere la mappa più dettagliata ed accurata possibile, l'azienda è partita utilizzando dieci VL53L1. La famiglia di dispositivi VL53 è anche molto più conveniente rispetto alla maggior parte delle soluzioni concorrenti.

Tuttavia, UVENTIONS doveva ancora affrontare problemi di costo che rendevano difficile produrre UVPANEL nonostante tutti questi vantaggi. Coincidenza volle che ST rilasciasse il VL53L5CX, presentato in occasione di IEEE Sensors 2021. Il campo visivo amplificato del nuovo prodotto (63º invece di 27º), ha permesso all'azienda di utilizzare solo bisogno di tre sensori di volo giusto a tempo per la realizzazione del progetto finale.

Come hanno spiegato Daniel Ehlers, amministratore delegato e cofondatore di UVENTIONS, e Axel Großklaus, direttore tecnico e cofondatore: “Il VL53L5CX si è dimostrata la soluzione ideale per noi di UVENTIONS! La nostra applicazione ha beneficiato del campo visivo più ampio e della frequenza di aggiornamento flessibile. Siamo ora in grado di monitorare 64 zone indipendenti a 15 Hz ottenendo la massima precisione con il beneficio di una certa ridondanza. Un sensore controlla la parte centrale della cabina mentre gli altri due sono ad angolo. È quindi possibile rilevare la presenza e il tempo di permanenza di una o più persone o oggetti all'interno dell'ascensore. Il sistema ricopre ance il ruolo di sistema di monitoraggio. In caso di malore o oggetto sospetto, l'UVPANEL potrebbe inviare un avviso per informare il personale di sicurezza.

Proteggere il pubblico

La sicurezza è quindi un altro aspetto critico della disinfezione automatica delle superfici con luce UV-C. I sensori ToF aiutano nel rilevamento di persone e oggetti. Inoltre, UVENTIONS utilizza l'accelerometro a 3 assi ad alte prestazioni LIS2DH12 della ST per determinare se l'ascensore si sta muovendo o se le sue porte si stanno aprendo. Pertanto, il sistema può interrompere l'irradiazione dell'ascensore non appena qualcuno sta per entrare. Può anche prevedere quando le persone entreranno o usciranno dal carrello. In parole povere, l'accelerometro è abbastanza veloce e preciso da spegnere rapidamente le luci UV-C e proteggere il pubblico.

Il sistema è quindi un ottimo esempio di come semplificare un progetto. Tecnicamente, UVENTIONS potrebbe utilizzare i sensori ToF per rilevare l'apertura e la chiusura delle porte. Tuttavia, richiederebbe un'applicazione completamente diversa con la sua serie di sfide. Infatti, rilevare la presenza di persone o oggetti è molto diverso dal determinare se le porte sono in movimento. In questo caso, l'azienda si è distinta riconoscendo che l'utilizzo di un sensore di movimento semplificherebbe il suo approccio e accorcerebbe il time to market.

Fare progressi in un mercato completamente nuovo

UVENTIONS continua a lavorare sul suo UVPANEL e sull'argomento più ampio della disinfezione UV-C. I loro team capiscono che gli ospedali richiedono livelli di igiene incredibilmente elevati con una riduzione dei germi di un fattore 1/104. Di conseguenza, l'azienda ha avviato una collaborazione con un laboratorio microbiologico tedesco accreditato per condurre test in condizioni diverse.

L'azienda dovrebbe avere risultati entro la fine dell'anno, che contribuiranno a contribuire al campo della sanificazione UV-C in generale. Infatti, mentre la disinfezione con luci ultraviolette-C è sempre più comune, c'è ancora molta ricerca necessaria per capire meglio la quantità di luce e il tempo necessari in casi specifici.

UVENTIONS sta anche collaborando con ospedali locali per comprendere meglio le loro esigenze. In effetti, poiché si tratta di un caso d'uso nascente, l'attuale UVPANEL aiuterà a plasmare la prossima generazione di funzionalità per servire meglio gli operatori sanitari. L'azienda ha qiundi condiviso i propri piani su come intende utilizzare i microcontrollori e i sensori ST per costruire una piattaforma in grado di adattarsi ai risultati futuri.

L'utilizzo di componenti dotati di memoria, potenza e precisione sufficienti si è rilevato fondamentale in un'ottica di cambiamenti previsti nel futuro. UVPANEL è quindi una testimonianza dei vantaggi che si possono ottenere collaborando a stretto contatto con un produttore di dispositivi capace di trovare soluzioni a lungo termine che possono migliorare la vita delle persone in modo significativo.

(lo)