随着世界人口的快速增长，许多大城市开始感受到影响。生活成本不断上涨，房地产价格飞涨，越来越多的人被挤在越来越小的空间里。根据联合国的说法，到2050年，68%的全球人口将生活在这些城市化地区，高于2018年的55%。
除了更高的成本和人口密度，还有有害的环境影响。机动车、热和发电、工业设施、垃圾填埋场、垃圾焚烧、农业、烹饪和照明排放的挥发性有机化合物(VOCs)导致空气质量下降。
世界空气污染的实时空气质量指数。感谢使用截图WAQI
虽然世界卫生组织(WHO)承认发达国家的主要城市已经有了一些改善，但中低收入城市，特别是发展中国家的城市，正面临着日益严重的空气污染。
研究已经证明，空气污染和死亡率密切相关，英国公共卫生(PHE) 2014年的一份报告估计了这一点伦敦至少有8%的死亡可归因于长期的颗粒污染。世界卫生组织称，全球有380万人的过早死亡与环境空气污染有关，其中80%是心脏病和中风，另有20%是呼吸系统疾病和癌症。
面对如此多的问题和已知的污染物，城市的空气质量目前是如何监测的?
监测空气质素的现行方法
由于空气质量对人体健康的巨大危害，准确监测和跟踪空气质量数据至关重要。监测空气质量有助于评估相对于环境空气质量标准和法规的污染水平。健全的监测还可以通过向官员发出警报并使其能够迅速采取纠正行动来防范极端事件。
大多数传统的监测站都是直接连接到电网的固定装置。
一个空气质量测量系统的例子。图片由Aeroqual
虽然它们非常精确，但由于需要定期校准和维护，因此建造和操作成本很高。另一个缺点是它们的大小。它们的规模使得在需要它们的地方建造新核电站具有挑战性。
它们是固定的(比如，在繁忙的街道旁边)，这意味着收集的数据不一定能代表当地空气质量的大局。这种限制增加了对数据建模的依赖，这会花费时间并妨碍准确性。
然而，有一个潜在的替代方案:传感器。
空气质量传感器来救援
近年来，随着物联网(IoT)的出现，传感器取得了长足的进步。传感器构成了物联网的主干网，涉及数十亿个在各个行业收集、处理和实时通信数据的传感器。
离散、无线、便携式电池和自供电传感器可以成为实时、准确的空气质量监测的解决方案，这是许多研究应用的核心。
背包里的空气传感器
例如，剑桥大学就采用了它所谓的“Alphasense“学生骑车和走路时，书包里的传感器。通过把它们放在背包里，可以更容易地“绘制”全市的空气污染地图，结果显示城市中NO2水平几乎是固定参考站测量的10倍。监测二氧化氮水平至关重要，因为它是汽车和燃气炉灶排放的一种空气污染物，与心脏病和呼吸系统疾病有关。
多用途传感器与AI处理
瑞萨(Renesas)也在进行相关研究建立了一个多用途的空气质量传感器解决方案，测量室内，室外和冰箱内的空气质量。该传感器由集成的锂离子电池供电，有一个专用MCU用于ai支持的数据处理，该数据通过蓝牙5发送。
瑞萨空气质量传感器示意图。图片由瑞萨
智能手机转向气体传感器
最近，伯克利实验室和加州大学伯克利分校的研究人员开发了一种超薄(原子薄)二维传感器它可以在室温下工作，可以把智能手机变成气体传感器。
超薄空气质量传感器原理图。图片由Azizi等人和UC Berkeley
就像剑桥传感器一样，它能感应到NO2。然而，它是由一层铼二硫化铌合金构成的，对二氧化氮分子具有电响应，对其他有毒气体的响应极小。除了超薄之外，该传感器还具有柔韧性和透明度。这种传感器可能成为可穿戴监测应用的潜在候选。
