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Azionamenti FAULHABER utilizzate nei rilevatori di pollini completamente automatici

Secondo gli studi, in futuro fino a circa il 50% della popolazione mondiale potrebbe soffrire di allergie da pollini. Inoltre, il riscaldamento globale e i cambiamenti climatici stanno alterando la stagione della fioritura e, di conseguenza, anche i periodi con alte concentrazioni di polline. «Negli inverni più miti, il nostro monitoraggio ha evidenziato che la presenza di polline di nocciolo già a fine novembre. Generalmente, questo polline è previsto a gennaio», afferma il Dott. Jörg Haus, Product Management Instruments presso Helmut Hund GmbH. In particolare l’ambrosia che fiorisce da luglio ad ottobre rappresenta un grande problema per gli allergici. Il suo potenziale allergico è cinque volte superiore rispetto a quello delle graminacee. «11 granelli di polline in un metro cubo d’aria sono già considerati un tasso elevato». Questo può comportare riniti, sensibilità alla luce, mal di testa, fiato corto o forme severe di asma. Anche le piante importate possono rivelarsi un problema inaspettato, spiega il Dott. Haus: «Le piantine di ulivo che molti amano tenere in balcone o in terrazzo sono fortemente allergeniche e nei Paesi del Sud sono in cima alla lista».

Azionamenti FAULHABER utilizzate nei rilevatori di pollini completamente automatici
The website of Helmut Hund GmbH shows the pollen information measured with the BAA500 in Berlin, Freiburg, Leipzig, Wiesbaden, Wetzlar, and Munich. The data for a month, a calendar week, or even individual days can be selected. The data can be retrieved here: t1p.de/PIN.

Valutazione in ritardo

Per questo è diventato ancora più importante sapere quando e quali pollini sono presenti nell’aria e in quale concentrazione. La cosiddetta trappola di Burkhard è lo standard usato in molti Paesi europei. Un volume di aria definito viene aspirato costantemente da un ventilatore nella direzione del vento e passa davanti a un tamburo che gira lentamente. Su questo tamburo è fissata una striscia adesiva su cui si vanno a depositarsi sia il polline che le particelle aspirate. I 14,4 m³ di aria aspirati nell’arco di una giornata corrispondono al volume respirato da un adulto a r iposo. La striscia adesiva deve essere sostituita ed analizzata al massimo dopo sette giorni. Con l’ausilio di microscopi e di un testo di rifermento per l’identificazione, i contatori di pollini qualificati generalmente riescono ad ottenere l’esito nell’arco di 2-3 giorni ma a volte si devono aspettare anche delle settimane. Dato che il polline cambia a seconda della stagione e delle condizioni climatiche, durante le analisi possono verificarsi degli errori umani, che portano a tassi di classificazione errati dell’ordine di qualche percentuale a due cifre.
Ciononostante, questo metodo rimane lo standard di riferimento per il conteggio dei pollini. L’aspetto positivo è che i dati ottenuti sono relativamente precisi in termini di carico pollinico e orario del giorno in esame. Questi dati vengono poi usati per creare modelli per una regione in un determinato mese o una determinata stagione. «Per via del sistema stesso, quando i dati arrivano sono già di due giorni prima. Questo non è di grande aiuto per gli allergici. Oggi vorrei fare attività all’aria aperta perché c’è un bel sole ma non so se portare con me lo spray per l’asma perché i dati sono di due giorni fa e quel giorno aveva piovuto quindi non mi aiutano affatto», spiega il Dott. Haus riassumendo il problema del metodo comunemente più usato. «Per questo ci siamo chiesti come potevamo renderlo più intelligente».

Azionamenti FAULHABER utilizzate nei rilevatori di pollini completamente automatici
Al cuore di questo sistema di monitoraggio dei pollini c’è il modulo di valutazione e analisi

Monitoraggio dei pollini in tempo reale

Nel 2003, nell’ambito di una collaborazione tra l’Università di Friburgo e l’Istituto Frauenhofer locale fu creato un prototipo per l’analisi automatizzata dei pollini. In breve tempo si comprese che per una tale soluzione erano necessari degli azionamenti elettrici, per operazioni quali ad es. il trasporto dei portacampioni, la messa a fuoco della telecamera e la scannerizzazione. «Purtroppo il design del prototipo non era ottimale e nemmeno commercializzabile. Per questo noi della Helmut Hund GmbH abbiamo preferito metterne a punto un altro insieme ad un altro partner».
La nuova collaborazione intrapresa dall’azienda di Wetzlar è con l’Istituto Frauenhofer di tecnologie dell'informazione applicate di Sankt Augustin. Insieme hanno sviluppato la soluzione attuale: il monitor per pollini BAA500. «La sigla BAA sta per “bio-aerosol analyzer” (analizzatore di bioaerosol) e rappresenta il connubio delle nostre competenze negli ambiti dell’ingegneria di precisione, dell’ottica e dell’elettronica », continua il Dott. Haus. Il dispositivo, climatizzato e progettato per resistere alle intemperie, può rilevare dai quattro agli otto campioni al giorno, infatti per un campionamento occorrono circa tre ore. Inoltre, funziona autonomamente fino a un massimo di sei mesi. «Il BAA500 consente di fare delle previsioni quasi in tempo reale e di sapere quali pollini siano presenti nell’aria e in quale concentrazione».

Per eseguire un’analisi il dispositivo aspira circa 60 m³ di aria all’ora ed estrae il polline sui portacampioni. I pollini hanno un aspetto un po’ raggrinzito per via degli agenti atmosferici. Uno strato di gel sui portacampioni gli dona nuovamente volume rendendoli tondi. «Questo passaggio richiede già da solo un elevato grado di precisione. Un’analisi automatizzata deve essere in grado di cogliere leggere differenze in termini di dimensioni o struttura interna», sottolinea il Dott. Haus. Quindi, degli spintori azionati dai micromotori DC a spazzole della serie 1727… C di FAULHABER spostano i campioni sotto un microscopio tra il condensatore e la lente. Una cartuccia riscaldante scalda leggermente il gel. Dopodiché ogni campione viene scannerizzato su tre assi. «A 20 μm i pollini sono minuscoli. Circa un quarto di un capello umano. Pertanto, il microscopio ottico non vede che una zona minore di 0,5 per 0,5 mm per foto. La profondità di campo non è così elevata perché abbiamo bisogno di un’alta risoluzione », osserva il product manager della microscopia.

Riconoscimento intelligente delle immagini

Per identificare i pollini, Hund applica il cosiddetto principio dello “stacking”, dove le immagini vengono impilate l’una sull’altra con l’ausilio di un software. Questa tecnica viene impiegata, ad esempio, anche dagli astronomi amatoriali. Grazie a questo approccio, è possibile generare un’immagine generale con una profondità di campo estesa prendendo più immagini della pila (ognuna con una bassa profondità di campo). Quindi i granelli di polline vengono identificati dal software mediante un algoritmo basato sulle caratteristiche. Il sistema attualmente è in grado di identificare 38 tipi di pollini e altri allergeni come le spore dei funghi. «Il riconoscimento delle immagini deve essere innanzitutto appreso, in funzione delle differenze locali e delle condizioni meteorologiche. È per questo che abbiamo migliaia e migliaia di immagini nel bagagliaio. Per essere in grado di uscire, misurare e riconoscere automaticamente c’è bisogno di quanti più esempi e specie possibili».
Una volta analizzato il campione viene trasportato in un magazzino. Questo consente una successiva analisi e verifica dei risultati, ad esempio da parte di ricercatori scientifici. In teoria anche a mesi di distanza. L’analisi con microscopio ottico e la conservazione dei campioni rendono il BAA500 davvero unico e senza eguali in confronto ad altri sistemi simili. Per l’archiviazione, un altro micromotore DC a spazzole della serie 1727…C di FAULHABER garantisce il movimento e la precisione necessari.
«L’ambrosia assomiglia un po’ a una palla spinosa, il pino invece a Topolino. La distinzione sembra semplice ma diventa alquanto difficile quando si vuole distinguere chiaramente tra fioriture precoci vicine», spiega il Dott. Hund. Un altro problema è costituito dai pollini non ancora identificati. Questi pollini vengono confrontati con il database, categorizzati provvisoriamente e poi un operatore controlla e li classifica. «Questo ci consente di aggiungere nuove specie ma anche di fare correzioni se una specie mostra sembianze differenti, come durante la fredda primavera di quest’anno».
Il monitoraggio in tempo reale produce anche risultati molto interessanti. «In passato gli esperti di aero biologia presupponevano che nei periodi freddi non ci fosse polline nell’aria. Ma le nostre misure hanno mostrato la presenza di polline anche con il freddo di gennaio».

Una rete potente

In Germania, il Land della Baviera è rimasto così favorevolmente colpito dal sistema che nel 2019 ha iniziato a mettere in piedi una rete d’informazione elettronica sui pollini (ePIN). I siti sono stati scelti sulla base di uno studio condotto dal Centro di Allergologia e Ambiente (ZAUM) dell’Università tecnica di Monaco di Baviera e del centro di ricerca ambientale Helmholtz Zentrum München. Sono stati presi in considerazione diversi parametri climatici e la densità di popolazione al fine di distribuire le otto stazioni di misura nel miglior modo possibile. Oltre a Monaco, i dispositivi di Hund sono stati installati a Garmisch- Partenkirchen, Feucht, Viechtach, Marktheidenfeld, Altötting, Mindelheim e Hof. «Il ministero della salute bavarese ha investito due milioni di euro in questa prima rete d’informazione elettronica sui pollini. Si tratta di un buon investimento perché il 50% dei due milioni di allergici in Baviera reagisce al polline», ha affermato la Ministra della Salute bavarese, Melanie Huml, all’inaugurazione del 2019.
«Il vero potere di questi dispositivi sta nella rete», continua il Dott. Haus. «Mettendo insieme i dati meteorologici con quelli provenienti dalle varie analisi dei pollini si riescono a fare delle previsioni precisissime». Oltre ai siti della rete ePIN in Baviera, vi sono in totale 20 dispositivi installati a Berlino, Wetzlar, Lipsia e Wiesbaden. La scelta dei luoghi giusti è molto importante dato che le polveri sottili del diesel e l’abrasione degli pneumatici, ad esempio, possono influenzare i risultati. «Non avrebbe senso installarlo al centro di un campo di colza dove risulterebbero solo pollini di colza. È per questo che montiamo le nostre stazioni di misura a circa 12 metri di altezza sui tetti delle cliniche o degli istituti».
I dati sono disponibili a qualsiasi ora in tempo reale, online o tramite app. Anche gli ambulatori medici e gli allergologi utilizzano questo servizio per curare al meglio i propri pazienti. «Il nostro dispositivo di Wetzlar è la nostra unità di prova e ogni volta che vogliamo provare una nuova funzione dobbiamo spegnerlo. Mentre stavamo svolgendo un test di questo tipo siamo stati contattati da tantissime pesone che ci richiedevano i dati. È stata la dimostrazione che la nostra analisi è diventata molto rilevante per tante persone. Questo è un altro dei motivi per cui usiamo gli azionamenti di FAULHABER, perché sono affidabili, precisi e duraturi».

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