Primo Rapporto Tecnico Progetto INAIL BRIC 2019 ID. O7 "Sistema integrato di sensori mobili e fissi per la mappatura dinamica spazio-temporale di composti volatili in un ambiente lavorativi"

Per evitare l'esposizione dei lavoratori a potenziali gas/vapori tossici con effetti di intossicazione acuta o talvolta letali, sta diventando necessario per le aziende utilizzare tecnologia indossabile associata alla cosiddetta Intelligenza Artificiale per prevenire gli infortuni dei lavoratori, creando così lavoratori più protetti. Queste tecnologie sono basate sull'uso congiunto di sistemi di raccolta e analisi di dati ottenuti da sensori incorporati nei caschi, in braccialetti o in giubbotti, per allertare i dipendenti e i loro manager in tempo reale. Le soluzioni sono le più differenti, ma il più delle volte comprendono una serie di sensori indossabili che monitorano informazioni quali respirazione, esposizione a gas tossici, frequenza cardiaca, postura e movimento. I dispositivi così fatti sono destinati ad essere utilizzato all'interno delle fabbriche, ma possono essere utilizzati anche da lavoratori in aree esterne. Si può provare a fare una classificazione dei principali ambiti di applicazione di queste tecnologie, anche se sicuramente non esaustiva: oTracciamento della posizione del lavoratore oMonitoraggio dei segni vitali e i rischi ambientali oMitigazione dei rischi fornendo informazioni a distanza oMiglioramento della formazione del personale La presente proposta progettuale affronta i primi due punti che sono propedeutici ai successivi. Il tracciamento della posizione è uno dei punti fondamentali per conoscere dove il lavoratore si trova utilizzando sensori GPS posti nel caschetto o indossati negli abiti di lavoro, con diverse utilità. L'altro ambito di applicazione è il monitoraggio dei segni vitali e dei rischi ambientali. Oggi esistono potenzialmente diversi dispositivi indossabili che monitorano i segni vitali dei lavoratori: occhiali intelligenti che rilevano la sonnolenza e abbigliamento intelligente che va monitora la variabilità della frequenza cardiaca e il volume respiratorio. Alcuni studi sul monitoraggio della fatica dei lavoratori con i sensori indossabili dimostrano che gli incidenti aumentano quando le condizioni psicofisiche non sono perfette. Ma i sensori indossabili possono anche monitorare l'esposizione dei lavoratori a condizioni gravose come, per esempio, il monitoraggio dell'esposizione dei dipendenti allo stress da calore o da agente chimico. Monitorare questi parametri può fornire al lavoratore informazioni utili per programmare le sue pause o il ricambio di aria nel suo luogo di lavoro. Nella prima fase della proposta progettuale IIA, in collaborazione con gli altri partners, si è occupata della selezione degli scenari applicativi di interesse per la definizione di un set di sostanze target. A causa delle condizioni di isolamento generato dalla pandemia di COVID 19, si è optato di effettuare test e validazioni in laboratori di chimica che sono di facile accesso ai partners del progetto (come per es. i laboratori di IIA, ed. 14, dedicati alla sensoristica e allo sviluppo di materiali, forniti di cappe chimiche, quattro laboratori ed un corridoio) dove, l'accesso ad una serie di solventi e prodotti chimici, può permettere di simulare anche scenari di tipo industriale (es. solventi organici a differenti concentrazioni dalle lavorazioni con resine e vernici, ecc.) o in generale lavorativi (es. acido acetico dagli archivi fotografici, ammoniaca dalla produzione di prodotti per l'agricoltura, ecc.). Per le concentrazioni di interesse verranno considerate e testate sia quelle incluse nelle normative (livelli consentiti di esposizione in tempi differenti) sia quelle più elevate ed in grado di generare repentinamente un segnale di allarme. Per lo sviluppo dei sensori, dalla esperienza del precedente BRIC (BRIC16 ID12), IIA ha ottimizzato la tecnica di deposizione per elettrofilatura, sia standardizzando il processo, sia selezionando i materiali più promettenti per le attività della proposta. Nel primo caso, la standardizzazione è stata possibile grazie all'implementazione della strumentazione presso IIA con un sistema commerciale in grado di impostare e monitorare ciascuna fase all'interno del processo di deposizione (Fluidnatek LE-50, Bioinicia). Nel secondo caso sono stati sviluppati e testati una serie di sensori compositi di nuova generazione e comparati ai sensori sviluppati per il recedente BRIC. Infatti i sensori conduttivi sviluppati per il precedente studio, seppur estremamente promettenti, richiedevano un controllo della temperatura di lavoro, che se da un lato ha permesso di modulare la sensibilità e selettività dei sensori ai vari gas (Frontiers in Chemistry 2018, Nanomaterials 2019), dall'altro su un sistema indossabile richiederebbe un incremento nei consumi energetici e quindi un maggiore ingombro. Come materiale di base si è utilizzato il polivinilpirrolidone, (PVP), che è un polimero idrosolubile di formula (C6H9NO)n, costituito da monomeri di 1-vinil-2-pirrolidone. È solubile anche in alcool e altri solventi polari. Commercialmente è usato come agente di rivestimento, ma è utilizzato anche negli inchiostri, prodotti per capelli, vernici, pesticidi e dentifrici. Viene utilizzato come additivo alimentare in qualità di stabilizzante. Si utilizza quale agente legante nella preparazione dei granulati per compresse, infatti ha buone proprietà leganti (evita la rottura delle compresse mantenendo legata la massa da comprimere) e allo stesso tempo ha il vantaggio di non prolungare il tempo di disgregazione. Per quanto riguarda la sua tossicità, si reputa sia una sostanza molto sicura e lo testimonia il fatto che viene utilizzata da più di mezzo secolo nei prodotti più svariati. Addirittura, si è utilizzato per diluire il plasma umano destinato alle trasfusioni durante la Seconda guerra mondiale. L'esposizione ad UV per alcuni minuti, generando la formazione di radicali, genera una serie di nuovi legami tra le catene all'interno della singola fibra, rendendolo, in funzione del tempo di esposizione, insolubile o differentemente solubile nei vari solventi, assumendo così nuove proprietà chimico-fisiche e maggiore stabilità. Poiché è un materiale poco costoso ed estremamente semplice da elettrofilare, è stato qui studiato come struttura di base nanofibrosa. In questo capitolo sono riportate tutte le attività svolte per la progettazione e la fabbricazione dell'interfaccia analogica digitale per l'acquisizione dei segnali provenienti dai sensori conduttometrici sviluppati. Il secondo capitolo è articolato in tre sezioni: nella prima è riportato lo sviluppo dell'interfaccia sensori, la seconda tratta le attività inerenti lo sviluppo del sistema di misura per laboratorio dove "l'interfaccia sensori" sarà integrata e testata, nella terza ed ultima sono riportati alcuni dettagli sul software sviluppato per il sistema di misura da laboratorio.