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Entre sensores, inteligencia artificial y el aire que respiras

El Dr. Edwin Villanueva lideró un proyecto que integra un sistema de sensores con la inteligencia artificial para poder medir la calidad del aire, sin duda una tarea necesaria en el país por sus altos índices de contaminación. Aquí te contamos sobre este proyecto que ha unido a la academia, la empresa privada y el Estado

El ranking World Air Quality Report de IQ Air del 2021 ubicó al Perú como el país de América Latina con la peor calidad del aire. Sin duda, esta grave problemática debe llevarnos a desarrollar estrategias articuladas que integren tecnologías que, justamente, permitan la medición del aire y cuyos resultados deben resultar en acciones concretas enfocadas en la salud de la ciudadanía.

Así lo entiende el Dr. Edwin Villanueva, docente del Departamento de Ingeniería, quien, en el 2018, toma conocimiento de la empresa Qaira, emprendimiento liderado por los ingenieros PUCP Mónica Abarca y Carlos Saito, quienes habían desarrollado un módulo de bajo costo para medir la contaminación del aire.

“Los contacté y delineamos la idea de desarrollar un sistema de monitoreo del aire que implicara no solo el despliegue de una red de sensores, sino también modelos de inteligencia artificial que complementen y potencien la información capturada por los sensores”, señala Villanueva. De esta manera, con un trabajo conjunto, ganan un concurso de proyectos de investigación aplicada de Fondecyt.

Profesor Villanueva, ¿en qué consiste el proyecto Monitoreo de calidad del aire en zonas urbanas con módulos de medición de bajo costo en tiempo real y técnicas de inteligencia artificial, que empiezan a desarrollar en el 2019?

Tenía como objetivo desarrollar tecnología de costo accesible para el monitoreo y predicción de la calidad del aire en entornos urbanos. Particularmente, en el proyecto, se implementaron dos redes piloto de sensores de bajo costo (una en Lima y otra en Arequipa). Junto con las redes se desarrollaron modelos de inteligencia artificial capaces de inferir las concentraciones de contaminantes del aire a lo largo de la ciudad y de pronosticar la situación del aire en el futuro próximo (6 horas adelante). Adicionalmente, se impulsó una plataforma web que empaqueta los modelos desarrollados, y que permite entregar la información de la calidad del aire de una forma amigable y visual.

¿Por qué la inteligencia artificial es una alternativa costo-efectiva para la predicción espacio-temporal de la calidad del aire?

Tradicionalmente, el modelamiento del aire se ha realizado a través de métodos de simulación numérica, los cuales resuelven iterativamente una serie de ecuaciones que representan los procesos físico-químicos del transporte, deposición y transformación de los contaminantes del aire. Dichos modelos suelen generar información valiosa sobre la dinámica futura de la contaminación del aire. Sin embargo, suelen demandar computadores costosos de alto desempeño para poder realizar los cálculos, por lo que son usados normalmente por agencias ambientales para realizar simulaciones a escala regional o global. Para aplicaciones a escala intraurbana, dichos modelos son difíciles de aplicar por el alto poder de cómputo requerido y por necesitar datos de inventarios de emisiones, que usualmente no se disponen para nuestras ciudades o están desactualizadas. Es allí donde los modelos de inteligencia artificial se constituyen como una alternativa costo-efectiva, ya que pueden ser capaces de aprender los patrones espacio-temporales directamente de los datos recolectados por redes de sensores de calidad de aire y hacer predicciones adecuadas para el uso ciudadano.

Trabajo conjunto

El Dr. Edwin Villanueva señala que el proyecto inicia como una alianza entre la PUCP, la Universidad Católica San Pablo de Arequipa y la empresa Qaira. Luego se buscó alianzas con gobiernos locales para facilitar la instalación y el cuidado de los sensores. Entre estas alianzas está la Municipalidad de Lima, la Municipalidad de Miraflores, la Municipalidad de San Borja, la Municipalidad Provincial de Arequipa y la Gerencia Regional de Salud de Arequipa.

Proyección hacia el futuro

El docente señala que, partir del proyecto, se ha podido generar varias publicaciones científicas, tesis de pregrado y posgrado, así como desarrollar un paquete tecnológico. “Actualmente, se están haciendo gestiones para licenciar la tecnología desarrollada a empresas como Qaira, que tiene el interés por integrar los modelos desarrollados en sus productos y ofrecerlos a sus clientes nacionales e internacionales”, dice.

Además, explica que, a raíz de esta línea de investigación, se han diversificado las posibilidades de proyectos con instituciones internacionales, como el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de Sao Paulo (Brasil) y la Fundación Horizonte Ciudadano de Chile (esta última desarrolla un trabajo conjunto con la Municipalidad de Lima en la red latinoamericana Aires Nuevos para la Infancia para realizar acciones que permitan mejorar las condiciones del aire a la que se exponen nuestros niños).

En ese sentido, Villanueva explica que el proyecto es importante para la PUCP debido al potencial impacto que puede generar en beneficio del ciudadano y la sociedad. Porque si bien esta iniciativa ha involucrado alumnos e investigadores de la Universidad y ha generado publicaciones científicas, dice que “no se ha quedado solo en el ambiente académico, sino que, además, ha concretado alianzas con la empresa privada, con los gobiernos locales y con otras instituciones”.

Sin duda, finaliza, “este proyecto muestra que la PUCP tiene las condiciones para liderar y coordinar iniciativas de impacto social que involucren múltiples actores públicos y privados”. Y ese es nuestro compromiso.