Combining spirometry and air quality sensing

Description

Designing, assembling and testing devices for respiratory and environmental health. Hardware show-and-tell, open collaboration. No prerequisites nor essential skills. Activity F1 held online on November 17 2021, 14:15 to 15:45.

Facilitated by Breathing Games and LogAir.

Video

To be released.

Notes

Bonjour, nous présentons deux initiatives, l’une sur un contrôleur de jeux captant le souffle, et un capteur de pollution fine pour permettre aux citoyens et politiciens de comprendre l’environnement. Le format est ouvert, n’hésitez pas à partager vos apports.

Tour d’introduction

• Emmanuel, à Genève, participe à Breathing Games et co-fondateur de LogAir, je suis intéressé à la science citoyenne, et à l’information des politiques
• Richard à Londres, affilié à l’Imperial College, a rejoint Breathing Games il y a quelques mois
• Shikshya au Népal, travaille sur des mains imprimées en 3d distribuées aux enfants, a un cursus en biologie
• Fabio en Suisse actuellement, nous avons débuté Breathing Games lors d’un atelier à l’Université de Montréal pour
• Yannick a co-fondé Breathing Games et s’implique spécifiquement sur la partie logicielle

Le contrôleur de jeu

• Il y a eu différents projets de mesure du souffle, basé sur la pression (airway clearance therapy) et le débit (peak expiratory flow)
• Nous travaillons sur une nouvelle version qui soit pertinente pour une nouvelle étude - chaque capteur avait une interface bluetooth avec une interface sérielle, nous sommes passés à une interface de contrôleur de jeu pour faciliter la reconnaissance de l’appareil par différentes versions de navigateurs et logiciels - nous voulions aussi que l’appareil ressemble plus à un contrôleur de jeu - il y avait également l’enjeu de stérilisation, qui n’est pas encore résolu mais nous avons rendu les parties qui vont en bouche enlevables - actuellement à jeter mais à changer par la suite - nous avons aussi bien réduit le coût de l’appareil avec des composantes électroniques moins chères - nous pourrions aussi varier les capteurs pour collecter d’autres données, nous avons testé divers capteurs de pression - en utilisant une approche et des outils open-source - nous produisons une 10e pour un test avec les créateurs de jeu
• avec la possibilité d’ajouter dans l’espace du milieu différents types de capteurs - l’un d’entre eux est un tube de spirométrie et qui mesure le débit et la pression de la respiration qui entre et sort du tube - l’avantage de cette unité séparée est de pouvoir également le changer facilement et à moindre coût - la partie pour la bouche est aussi enlevable pour pouvoir y mettre différentes tailles selon l'âge - il y a aussi un couvercle qui permet de mesurer une résistance de pression plutôt que le débit - les modules utilisés peuvent être facilement trouvés en ligne, avec une impression en 3D
• Le but maintenant est de partager ce design aux joueurs pour obtenir des feedbacks, et voir comment cela peut aussi être repris et adapté à d’autres besoins

Mesure de qualité de l’air

• Je vais parler un peu plus du processus de conception
• Le projet a débuté pour compléter un manque de données au niveau du gouvernement - à Genève il n’y a que quatre stations de mesure de pollution, ce qui ne permet pas d’avoir une vision des routes polluées - nous avons donc voulu distribuer de nombreux petits trackers que les citoyens puissent porter - les solutions existantes ne permettaient pas de récupérer les données pour ensuite les analyser, visualiser - l’objectif était de cartographier la pollution de l’air via téléphone mobile - donc il s’agit de collecter les données de pollution, la position géographique et le temps
• il y a beaucoup de projets Internet qui utilisent ces concepts - ce que nous avons fait - notamment pour la mesure de particules fines PM 2.5 avec des processeurs open-source Arduino - beaucoup de codes et designs sont partagés par des gens qui souhaitent que leur projet soit réadapté - il s’agit de faire des projets ensemble, de mettre en commun des solutions, l’élément le plus important est de documenter ce que nous faisons - même si nous arrêtons le projet, d’autres personnes peuvent reprendre ce qui a été réalisé et l’adapter
• Ce que je fais maintenant pour une nouvelle version, c’est de passer de la mesure de débit via une mesure de pression en deux points différents à une autre mesure avec deux capteurs
• Richard présente l’intérieur du capteur de jeu, dont les différentes  composantes peuvent être trouvées facilement - pareil pour les librairies de code : de nombreuses librairies sont accessibles gratuitement Par exemple les manettes rondes peuvent être achetées directement avec les circuits imprimés pour faciliter le montage - même de Chine cela prend deux semaines pour recevoir le matériel - c’est une bonne période pour créer du matériel open source
• Emmanuel présente une ancienne version d’un capteur de particules, et la première version de LogAir, qui demandait beaucoup de temps d’assemblage, puis une version plus avancées, réduite et facile à assembler
• Adriani - je suis intéressé au lien avec le changement climatique
• Emmanuel - c’est un domaine très large, l’un des projets sur lesquels j’ai travaillé est la possibilité de mettre des capteurs de CO2 dans des classes, voire des bureaux - nous devons aussi penser actuellement à la possibilité que le Covid soit transmis par l’air - un bon moyen pour évacuer les virus est d’ouvrir les fenêtres pour aérer, ce qui n’est pas forcément toujours fait notamment dans des pays plus froids - les humains ne sont pas très sensibles au CO2 - le projet est de sensibiliser les personnes quand elles devraient ouvrir les fenêtres quand la concentration en CO2 est plus élevée
• Richard - un des éléments que nous avons trouvés est que la valeur collectée a de multiples utilités, cela peut être utile pour l’utilisateur, pour les soignants, etc - collecter un large nombre de données peut servir de nombreux besoins, par exemple les données collectées par rapport aux particules fines ou à la capacité pulmonaire pourraient être agrégées à d’autres sets de données pour avoir une meilleure image sur l’impact d’un mauvais environnement sur la qualité de vie - quand nous créons un contrôleur de jeu, cela peut être intéressant d’avoir cela à l’esprit
• Fabio - on a eu une présentation hier sur la perception humaine avec une partie interne, liée au ressenti, par exemple la respiration, et une partie externe, liée à l’environnement, par exemple la mesure de particules, l’intérêt est d’explorer ces liens, de voir comment associer ces perceptions, et créer des narratifs attractifs pour les personnes
• Andriani - J'ai posé cette question, car elle était liée à ma thèse de maîtrise. J'ai fait une recherche qualitative pour comprendre le risque sanitaire de la chaleur sur les enfants, et quelles étaient les interventions des parents pour prévenir l'aggravation des conditions de vie de leurs enfants. Je me demande, sur la base de votre explication, si votre appareil pourrait être utile pour ce type de recherche. Quelque chose comme un outil pour prévenir une vague de chaleur sur les enfants.
• Emmanuel - c’est en effet intéressant de voir comment associer la mesure extérieure et la perception , voir le projet Urban Heat Island

• Richard présente un autre type de capteur de débit commercial qui utilise une turbine jetable qui coûte dans les 1.5 $ - et un petit boîtier qui a un affichage digital et une antenne Bluetooth, certaines versions ont aussi des accéléromètres, microphones - par exemple pour capter le son de la respiration
• Fabio - question sur comment réaliser une version fonctionnelle en évitant trop d’itérations ?
• Richard - les itérations sont nécessaires, dans le modèle actuelle on ne sait pas encore en détail le type de mesure pertinente par exemple avec le clapet de pression, il y a tellement de possibilités et d’appareils, par exemple cette pipe pour développer certains muscles des poumous, d’autres pour une utilisation médicale, etc. - comme j’ai regardé ces différents outils qui ont été créés par Breathing Games je dirais qu’il n’y a rien à jeter, cela peut toujours être réutilisé et c’est une source d’information très utile
• Emmanuel - c’est important de documenter l’ensemble
• Fabio - que voulais-tu faire avec les deux capteurs ?
• Emmanuel - normalement nous utilisons un seul capteur différentiel qui capte deux pressions, mais ils ne sont plus disponible, j’essaie donc d’utiliser deux capteurs et de mesurer la différence ensuite
• Fabio - nous mesurons actuellement l’expiration, comment arriver à capter les deux directions ?
• Emmanuel - on a réussi à déjà avoir une sensibilité
• Richard - dans le Spirotroller enhanced https://gitlab.com/breathinggames/breathinggames.gitlab.io/-/blob/master/spirotroller-enhanced.md nous utilisions un seul capteur différentiel - si nous mettons deux capteurs différentiels, cela permet de soustraire les résultats des deux pour mesurer le sens - en plus, comme il y a une faible résistance dûe au tube, cela permet d’avoir une meilleure mesure - la mesure du débit Ventori est unidirectionnelle à la base alors que des capteurs de pression permettent de capter les directions - savoir si l’on inspire ou non n’est pas essentiel pour la mesure médicale, mais peut être très intéressant pour le jeu
• Fabio - comment arriver à un appareil qui coute 2-5 $ pour les régions appauvries ?
• Emmanuel - avec l’électronique, même si nous arrivons à bien réduit les coûts, on attend toujours une limite minimale avec les composantes, le boitier - la meilleure approche est d’encourager les gens à reproduire eux-même l’appareil, et d’obtenir un sponsoring pour cela, par exemple avec un soutien de fabricants
• Richard - une part importante du mouvement open-source est de partager, par exemple le site Breathing Games, hackadays, etc. - une autre version du tube peut se faire avec des capteurs moins chers, par exemple 5 dollars pour 5 capteurs de pression - et utiliser d’autres tubes plutôt que l’impression 3d - un exemple de carte, largement distribuée dans des écoles aux UK, est un capteur d'environnement, qui pourrait aussi être raccordé aux capteurs de pression pour ne pas avoir le coût des processeurs
• Fabio - Et sur les possibilités mécaniques ? Un contributeur avait aussi pensé à des roues de souris d’ordinateur comme pièces pas chères
• Richard - Nous devons penser aussi aux options de son et vidéo déjà intégrées aux téléphones - ou l’on peut capter le son en soufflant sur une feuille de papier par exemple, et le transformer en mesure utilisable - pareillement avec les caméras les possibilités vont se développer en relation avec la mesure du souffle.
• Emmanuel - on doit aussi partir des besoins des communautés, trouver des personnes qui n’ont pas les ressources - même pour le papier on a besoin de papier, peut-être de ciseaux, etc. - il est important de s'adresser à ces communautés une par une pour comprendre leurs circonstances, leur contexte
• Emmanuel demande s’il y a des étudiants de santé globale de Genève
• Narmadha - est en santé globale mais à Chicago, elle parle d’un projet pour réduire la mortalité en santé maternelle avec un projet pilote en Inde qu’elle présente dans l’espace innovation - nous avons un mécanisme avec bluetooth avec des fournisseurs de bas-niveaux qui contribuent aux données, qui sont ensuite analysées et donnent une alerte en cas de problème avec un possible diagnostic et des informations de bases du patient, pour qu’un traitement d’urgence puisse être réalisé, ou un transfert effectué à un centre - cela est basés wonderhealth.com - savemoms.global
• Fabio - avez-vous considéré une approche ouverte pour permettre à d’autres groupes de contribuer et enrichir cette approche ?
• Narmadha - à considérer, nous avons des projets dans divers groupes.