Progetto preliminare di un bracciale disinfettante intelligente per aiutare nella lotta al Covid-19

Introduzione

La maggior parte delle persone si lava le mani come misura di igiene e prevenzione delle malattie, e oggi lo fa con particolare frequenza a causa della pandemia di COVID-19. Questo nuovo virus si diffonde attraverso le goccioline respiratorie da una persona infetta ad altre con cui è a stretto contatto, come i conviventi o chi presta assistenza. Il virus può sopravvivere su diverse superfici, ma la maggior parte dei prodotti per la pulizia e la disinfezione può distruggerlo.

È importante ricordare l'importanza di una pulizia e di una disinfezione efficaci e tempestive delle mani, compresi gli oggetti toccati dalle mani delle persone, per prevenire la diffusione delle malattie contagiose. Per questo motivo sono stati sviluppati dispositivi e sistemi basati su metodi diversi per pulire sia le mani sia gli oggetti. Tuttavia, questi dispositivi e sistemi di pulizia sviluppati finora non consentono di pulire e disinfettare le mani degli utenti contemporaneamente e simultaneamente, in modo sicuro, affidabile ed efficace. Nel brevetto «US20090020135A1» gli inventori presentano un dispositivo di pulizia in cui sono combinati dispositivo, metodo e sistema di pulizia. Si basa su un alloggiamento che contiene un nebulizzatore e un erogatore di prodotto, associati e in comunicazione tra loro. Nel brevetto «US8481970B2» viene proposto un dispositivo di disinfezione per dispositivi elettronici portatili. Questo dispositivo ha una cavità per ricevere il dispositivo elettronico da disinfettare. La cavità è dotata di un coperchio e di una sorgente UV. La posizione aperta del coperchio permette di inserire il dispositivo nella cavità o di rimuoverlo. La posizione chiusa del coperchio viene usata durante la fase di esposizione ai raggi UV. Tuttavia questi dispositivi e sistemi di decontaminazione sono vulnerabili perché l'utente può toccare le parti esterne di questi strumenti di sterilizzazione, che potrebbero essere contaminate, e anche perché questi sistemi non sono portatili né del tutto autonomi. A tale scopo viene proposto un dispositivo di disinfezione.

Era quindi necessario progettare un dispositivo portatile e leggero che offra una pulizia e una disinfezione automatiche, integrate e autonome delle mani e/o degli oggetti ogni volta che gli utenti li toccano. Ciò contribuisce a ridurre la diffusione di malattie o pandemie, favorendo al contempo ambienti sanitari sterili e puliti. Il concetto proposto riguarda un dispositivo per pulire e disinfettare le mani e gli oggetti toccati dall'utente. È composto da un bracciale che si può indossare al polso, da una sorgente di raggi ultravioletti con un grado di libertà molto ampio, in modo da abbracciare tutto l'ambiente da disinfettare in cui avviene il tocco, e infine da un sistema di produzione di energia elettrica dal movimento delle mani di chi lo indossa. Il dispositivo sarà dotato di un sistema elettronico di controllo completamente integrato nella testa emittente di raggi UV, che aumenta o diminuisce l'intensità della radiazione UV e la durata di questa emissione sulle mani dell'utente e gestisce anche l'alimentazione della lampada UV. Va ricordato che il concetto proposto è registrato come domanda di brevetto presso l'OMPIC (Office marocain de la propriété industrielle et commerciale) con il numero MA49542, a nome di Badre El Majid, Saad Motahhir, Aboubkar El Hmmoumi, Ambar Lebbadi e Abdelaziz El Ghzizal. Inoltre un articolo scientifico è stato pubblicato sulla rivista Inventions. Questa invenzione ha anche vinto una medaglia d'oro al concorso internazionale «Inventions Vs Corona», come illustrato di seguito:

Concetto progettuale

Il concetto dello schema proposto è illustrato nelle Figure 1, 2 e 3. Il dispositivo è un sistema per disinfettare le mani e gli oggetti che toccano, come mostrato nella Figura 1, ed è costituito da un bracciale che si colloca attorno al polso della mano dell'utente. È dotato di un sistema elettronico intelligente che emette raggi UV direttamente sul palmo della mano e sull'oggetto che si trova davanti.

Il bracciale è composto da una o più bobine adiacenti che formano un cilindro, ciascuna bobina essendo vuota all'interno per consentire il libero movimento delle sfere magnetiche; sull'esterno di queste bobine sono disposte celle solari. La testa emittente di raggi UV è costituita da una lampada UV incorporata in un guscio; il guscio incorpora un circuito elettronico e una batteria, e al guscio è collegata una porta di alimentazione esterna.

L'orientamento dell'emettitore UV, la sua intensità e il tempo di esposizione sono regolabili e controllati dal sistema elettronico intelligente, che permette di emettere la radiazione UV in qualsiasi direzione. Verranno aggiunti il controllo manuale e i pulsanti di accensione/spegnimento. Per distribuire la radiazione UV su tutta la mano dell'utente e consentire un'ampia diffusione di questi raggi sulle mani e su qualsiasi oggetto davanti ad esse, optiamo per un'apertura di forma ovale, curva verso l'esterno, come un occhio davanti alla lampada UV.

Sebbene alimentare questo sistema con una piccola batteria sembri più semplice, preferiamo rendere il sistema indipendente quanto al suo consumo di energia elettrica. A tal fine, in questa invenzione proponiamo le seguenti tecniche di alimentazione:

• Utilizzare l'energia elettrica generata dal movimento delle mani dell'utente, il cui principio di base è illustrato nella figura 2. In effetti, quando una sfera magnetica collocata all'interno della bobina si muove grazie al movimento delle mani (quando l'utente si sfrega o si batte le mani), nel circuito si genera una corrente indotta che carica un condensatore il quale, a sua volta, si scarica; questa tensione elettrica alimenta l'emettitore UV per essere emessa come radiazione UV attraverso la piccola lampada UV. La potenza può essere aumentata collocando più bobine adiacenti. Con questa soluzione la lampada UV sarà alimentata direttamente con l'energia generata.
• Dotare il sistema di piccole celle solari e di una batteria per immagazzinare questa energia; il comportamento sarà lo stesso con le piccole celle solari, come mostrato nella figura 3.
• Dotare il sistema di una porta per la ricarica a una presa di corrente e di una batteria per immagazzinare questa energia; il comportamento sarà lo stesso con le piccole celle solari, come mostrato nella Figura 3.

Il sistema di emissione UV sarà programmato per spegnersi automaticamente dopo un tempo determinato, in modo da proteggere la pelle dell'utente e rispettare le norme di sicurezza. Alcune lunghezze d'onda della luce ultravioletta hanno la capacità di inattivare microrganismi, come funghi e virus, danneggiandone il DNA o l'RNA in modo che non possano più riprodursi.

Inoltre il bracciale può includere come optional un orologio per migliorarne il design e l'ergonomia. Questo bracciale igienizzante per le mani non è solo comodo da usare, ma anche alla moda

Figura 1: Accoppiamento tra bracciale ed emettitore UV

Figura 2: Principio del sistema di generazione di energia dal movimento

Figura 3: Principio del sistema di generazione di energia con celle solari e alimentazione esterna

Sfide

Sulla base dei primi risultati di ricerca promettenti, volti a sviluppare il concetto dell'innovativo sistema di disinfezione presentato in questo breve rapporto di ricerca, sono attualmente in corso lavori per migliorare vari aspetti e garantire la sicurezza delle persone durante l'uso. Questi lavori comprendono in particolare:

• Realizzare un modello della testa emittente di raggi UV in modo da coprire la superficie più ampia possibile del palmo della mano dell'utente senza disturbare la normale articolazione delle mani.
• Testare tutti i diversi approcci all'alimentazione elettrica, presentati in precedenza in questo breve rapporto di ricerca.
• Testare molte lampade UV per individuare la più adatta al nostro sistema, con un consumo energetico ridotto e un radiatore adeguato.
• Determinare le dimensioni e i materiali ottimali per il bracciale.
• Determinare la durata e la frequenza ottimali della disinfezione per proteggere la pelle dell'utente e rispettare le norme di sicurezza.
• Fare un confronto tra i sistemi di disinfezione esistenti e il nostro concetto proposto, in termini di livello di efficacia, costo e durabilità.
• Mantenere i costi il più bassi possibile per garantire che il prodotto finale sia accessibile ai paesi a basso reddito.

Conclusione

Dalla proposta attuale si possono trarre le seguenti conclusioni:

• Apriamo un'opportunità interessante per sviluppare nuove soluzioni per i sistemi di disinfezione a raggi UV.
• La nostra proposta ha due grandi vantaggi: in primo luogo permetterà la disinfezione diretta dei palmi delle mani dell'utente, che sono in contatto permanente con oggetti contaminati da microbi o virus, in qualsiasi momento e su richiesta dell'utente. In secondo luogo, allo stesso tempo, disinfetteremo tutti gli oggetti che possono essere toccati dall'utente, poiché i raggi UV saranno inviati su questi oggetti.
• Il sistema di alimentazione dal movimento può essere usato per altre applicazioni, come un caricabatterie per telefono.

La crisi epidemica legata al COVID-19 ha un impatto significativo nello stimolare lo sviluppo di soluzioni innovative. Ed è importante mettere questo prodotto sul mercato il più rapidamente possibile. Il nostro obiettivo è offrire una soluzione nuova e a basso costo che possa contribuire in modo efficace ad affrontare l'attuale sfida sanitaria.

Autore: Badre El majid (scienziato indipendente, Rabat, Marocco)