"Una città intelligente e sostenibile è una città innovativa che utilizza le tecnologie dell’informazione e comunicazione (ICT) e altri mezzi per migliorare la qualità della vita, l'efficienza dei servizi urbani e la competitività, assicurando di soddisfare le esigenze delle generazioni presenti e future rispetto agli aspetti economici, sociali e ambientali"

Uno dei valori fondamentali dell’ICT nelle Smart Cities è la capacità di rilevare e condividere informazioni in modo tempestivo: una città intelligente può essere intesa come una "città predittiva" in cui si possono monitorare e prevedere eventi specifici consentendo ai cittadini di essere più informati, in modo da poter prendere decisioni tempestive, risolutive, e economicamente e socialmente sostenibili con un miglioramento conseguente della qualità della vita.

Tra i principali eventi che le città devono affrontare oggigiorno, la qualità dell’aria è ancora un problema parzialmente irrisolto con gravi ricadute sulla salute pubblica. Nel prossimo futuro la disponibilità di tecnologie sempre meno invasive e diffuse capillarmente sul territorio, con una condivisione rapida ed intelligente dell’informazione sull’inquinamento atmosferico, sul microclima e sul rischio sanitario che ne deriva, potrebbero costituire una soluzione adeguata al problema. Tramite un monitoraggio congiunto attraverso sensori fisiologici e sensori ambientali indossabili per valutare l’"adattamento" e/o il "disagio", la personalizzazione dei dati raccolti potrebbe integrare le differenti informazioni e confermare o meno la suscettibilità e il diverso grado di fragilità individuale.

In questo quadro di riferimento, il progetto SMOOTH intende contribuire alla valutazione dello stato microclimatico e della qualità dell’aria ambiente nelle città, fornendo indicazioni dirette a valutare le conseguenze sulla salute pubblica.

Il progetto SMOOTH vuole raggiungere questo obiettivo attraverso la realizzazione di una piattaforma che permetta il monitoraggio capillare di inquinanti e parametri microclimatici e la valutazione dell’esposizione e del possibile rischio sanitario associato grazie all’utilizzo di sensoristica avanzata a basso costo, alla realizzazione di dispositivi indossabili, alla condivisione immediata ed intelligente dell’informazione su inquinamento atmosferico, condizioni di stress termico all’aperto e rischio sanitario derivante, e allo sviluppo di conoscenze scientifiche sugli effetti dell’inquinamento atmosferico e l’interazione con condizioni biometeorologiche rilevanti per la salute di soggetti particolarmente sensibili e su sportivi.

Il progetto SMOOTH rientra nell’ambito dei progetti MEDTECH nel senso più ampio del termine, in quanto utilizza tecnologie e soluzioni ICT avanzate allo scopo di fornire a privati cittadini ed enti pubblici strumenti di prevenzione da malattie e disagi derivanti dall’esposizioni a condizioni di inquinamento atmosferico e fattori microclimatici. Nello specifico, rispetto ai soggetti target individuati nel progetto, anziani fragili e sportivi, esso fornisce indicazioni utili all’educazione alla salute e benessere e, in particolare, l’educazione all'invecchiamento attivo e alla prevenzione grazie al monitoraggio soggetto-ambiente.

• Anziani fragili con età maggiore di 65 anni
  • I soggetti saranno arruolati da personale medico afferente all’Istituto di Fisiologia Clinica mediante il coinvolgimento delle associazioni che si dedicano all’Attività Fisica Adattata prevista dalla regione Toscana.
  • Lo scopo dello studio sugli anziani, oltre a valutare l’aderenza alla prescrizione di attività fisica per combattere la sedentarietà e il decadimento cognitivo (fattori di rischio noti nella popolazione anziana), è quello di valutare eventuali cambiamenti fisiologici nel periodo di follow up (ad esempio cambiamento performance, variabili cardiache, biomarcatori in saliva ed espirato).
  • Tali soggetti, cui verrà prescritta un’attività fisica di tipo continuativo, saranno monitorati durante un a passeggiata di 4 Km nel percorso a basso traffico veicolare, tramite sensori fisici e rilievi ambientali di inquinanti e variabili microclimatiche, all’arruolamento (tempo zero: T0) e dopo uno (T1) e tre mesi (T2) di attività eseguita quotidianamente, valutando eventuali cambiamenti dei biomarcatori nell’espirato e nella saliva.
• soggetti sportivi
  • A tal proposito saranno arruolati due sottogruppi: sportivi dilettanti e sportivi in allenamento continuativo (per es. maratoneti e ultramaratoneti) di età compresa tra 18 e 70 aa. I soggetti sportivi saranno reclutati mediante informativa sui siti dell’Università di Pisa e dell’Area della Ricerca del CNR oltre a quelli di associazioni sportive pisane. I soggetti sportivi saranno monitorati in un percorso stabilito di 4 Km ad alto traffico veicolare, sia durante una passeggiata sia durate una corsa effettuata dopo la camminata al momento del ripristino delle condizioni basali di riposo.
• I soggetti arruolati (sia anziani sia sportivi) saranno sottoposti, prima dei percorsi, ad una valutazione dei parametri antropometrici e della storia fisiologica e patologica e compileranno un questionario (IPAQ abbreviato [14]) per valutare il livello di attività fisica al momento dell’arruolamento.
• Nella giornata in cui è prevista la camminata/corsa ogni soggetto sarà monitorato con un dispositivo multifunzionale (WinMedical System) che permette la registrazione di un elettrocardiogramma in continuo, la misura della saturazione di ossigeno e della temperatura corporea e lo stato del movimento (camminata, corsa). Durante i test, la temperatura della pelle dei soggetti sarà monitorata in vari distretti corporei utilizzando opportuni sensori di piccole dimensioni (i-button). Inoltre si effettuerà la misurazione della pressione arteriosa prima e dopo le fasi di attività fisica. I partecipanti saranno invitati a compilare questionari di valutazione soggettiva della percezione dell’ambiente termico e del livello di sforzo durante varie fasi dei test.
• I soggetti arruolati saranno sottoposti ad un campionamento non invasivo di espirato e saliva prima e dopo i vari tipi di attività fisica proposta. Per la validazione del sensore sul tasso di sudorazione si prevede un suo utilizzo solo in soggetti sportivi.

Il progetto è strutturato in 5 obiettivi Operativi

OO1 - Definizione dei requisiti e delle specifiche operative Scopo del primo Obiettivo Operativo è quello di definire il quadro di riferimento del progetto SMOOTH da cui deriveranno i requisiti e le specifiche di ogni componente del sistema e la conseguente progettazione e realizzazione dello stesso.
L'OO1 permetterà di fornire un quadro completo sulle tecnologie commerciali necessarie all’implementazione dei dispositivi (fissi ed indossabili) per il monitoraggio ambientale e dei parametri fisiologici, oltre che una panoramica sulle metodologie più adeguate per la realizzazione di sistemi di monitoraggio della qualità dell’aria e relative interfacce utente in ottica IoT.

OO2 - Sistemi di acquisizione L’Obiettivo Operativo 2 prevede la progettazione ed implementazione dei sottosistemi di acquisizione del sistema SMOOTH:

rete di monitoraggio di inquinanti e condizioni microclimatiche;

dispositivo indossabile per la rilevazione di parametri ambientali;

dispositivo wireless per la rilevazione del tasso di sudorazione.

Lo scopo è quello di progettare e implementare nuovi sistemi di monitoraggio ambientale che permettano di ridurre i costi di gestione e di aumentare la capillarità dei dati raccolti, integrando e ottimizzando le nuove tecnologie nel campo sensoristico, elettronico e di telecomunicazioni disponibili sul mercato.

OO3 - Sistemi di raccolta, elaborazione e interfacce utenti Questo Obiettivo Operativo ha come scopo la progettazione e realizzazione delle componenti software del sistema SMOOTH dedicate alla raccolta, elaborazione e diffusione dei dati rilevati dai prototipi realizzati nel precedente Obiettivo Operativo.
Sarà definita l’architettura di dettaglio dell’infrastruttura software e saranno selezionati i linguaggi e le piattaforme ritenute più opportune alla realizzazione dei prototipi software; sarà progettata ed implementata la piattaforma dedicata alla raccolta ed elaborazione dei parametri rilevati; saranno progettati ed implementati gli indici ed indicatori di qualità dell’aria individuati per il progetto, e gli algoritmi ad essi propedeutici; sarà selezionato il modello dati più adeguato per la raccolta e storicizzazione delle informazioni gestite dal sistema e, su tale modello, progettato ed implementato il database; sarà progettato e realizzato l’Application Layer Gateway per i dispositivi indossabili; saranno inoltre progettate ed implementate l’applicazione web e l’app mobile che fungeranno da interfacce per gli utenti del sistema SMOOTH.

OO4 - Integrazione e validazione del sistema in laboratorio Il presente Obiettivo Operativo permetterà di eseguire le operazioni necessarie all’integrazione delle componenti hardware e software del sistema SMOOTH realizzate nei due precedenti Obiettivi Operativi e di effettuare la validazione in laboratorio delle stesse; la validazione consiste nella verifica del rispetto delle specifiche funzionali e tecniche e della conformità ai requisiti utente e di sistema definiti nel primo Obiettivo Operativo. Le attività previste nell’OO4 in parte si sovrappongo temporalmente alle attività di implementazione dei prototipi, in modo da permettere di eseguire eventuali modifiche agli stessi evidenziate durante i test di validazione.

OO5 - Sperimentazione del sistema su campo: Monitoraggio di soggetti specifici (anziani e sportivi) Lo scopo dell'Obiettivo Operativo 5 è quello di: definire i protocolli e le procedure di test e, dopo l’approvazione da parte del Comitato Etico locale, implementare tali protocolli per verificare come e quanto inquinanti e condizioni climatiche influiscono sul benessere delle categorie di utenti arruolati, anziani e sportivi.
L'OO5 permetterà anche di verificare sul campo il corretto funzionamento operativo e il rispetto dei requisiti di affidabilità, robustezza e usabilità previsti in fase di analisi e progettazione del sistema, sia per le componenti hardware che per le applicazioni software. Saranno inoltre validati i risultati prodotti dai modelli relativi agli indicatori di analisi dei dati, verificando l’accuratezza e l’affidabilità delle informazioni prodotte e delle relative previsioni. Saranno infine analizzati i dati prodotti dal sistema e messi in relazione con i risultati dei test eseguiti sugli utenti arruolati per la sperimentazione, allo scopo di quantificare gli impatti che i livelli di inquinamento atmosferico e microclima in ambito urbano hanno sulla salute dei cittadini.