Регистрация

Вход



Забравена парола

Смяна на парола

Напишете дума/думи за търсене

Как със суперкомпютри създадоха технологии, убиващи вируса

На най-бързата машина в света - Fugako са проведени симулации, подкрепени с реални експерименти и те са категорични - с интелект можем да надхитрим COVID-19

Тайван, Япония, Китай, Германия, Франция и Великобритания ускорено въвеждат системите, които лесно и евтино могат да бъдат адаптирани към сегашните

Да, има технологии, които убиват коронавируса, и те вече успешно се прилагат в Япония, Тайван, Китай, а през последните месеци навлизат и в Европа.

Всичко започва в началото на 2020 г., когато японското Министерство на образованието, науката и технологиите заедно с Центъра за компютърни науки RIKEN и няколко водещи университета провеждат хиляди симулации на най-бързия към днешна дата суперкомпютър в света - Fugako.

"Целта им бе да установят на какво разстояние се разпръскват микрочастиците, наситени с вируса,

при кашляне

или кихане,

как се разпространяват в затворени помещения, на открито, в обществения транспорт, в самолети, в административни сгради и офиси - разбира се, при различни условия - дали има отворени врати, прозорци, климатици и т.н. Както и дали маските и шлемовете помагат; как, доколко и кои от тях - обясни пред "168 часа" проф. Стоян Марков, ръководител на Националния център за суперкомпютърни приложения (НЦСП). - Резултатите от симулациите се съпоставят с тези от

стотици реални експерименти,

за да се провери доколко правилно отразяват действителността. Един от изводите бе, че непроветрените места със сух въздух са сред най-опасните за заразяване - класни стаи, университетски зали, офиси, магазини със струпване на хора, болници, авто и железопътни гари, летища и други."

Проф. Стоян Марков, с помощта на д-р Кристина Капанова, проектира новия европейски суперкомпютър, който ще бъде инсталиран в София Тех Парк. Самата д-р Кристина Капанова е млад български учен, член на Европейския център за върхови постижения и участва в няколко международни проекта.

"В края на април японските колеги публикуваха част от резултатите и ги споделиха с нас", каза проф. Марков. На базата на резултатите от тези симулации и експерименти НЦСП организирана група от български специалисти, която предлага рационално техническо решение за

стерилизация на въздуха в затворени помещения

в присъствие на хора.

Предложените решения стъпват на сериозни изследвания в Япония, поверени на мултидисциплинарния екип на д-р Макото Цубокура, шеф на Complex Phenomena Unified Simulation Research Team в Riken. Именно той, колегите му, Технологичният институт в Киото, университетите в Кобе и Осака, както и Тойохаши и Кажима корпорейшън със свръхбързия компютър Fugaku проведоха най-точното и подробно проучване в света чрез симулация на поведението на патогените във въздуха в затворени помещения и в околната среда.

Първият експеримент показва, че влажността е от съществено значение. На компютъра е установено, че когато в помещение на маса са четирима души при 30% влажност на въздуха, ако някой говори или кашля, до отсрещния човек достигат около 5-6% от разпространените капчици. Разбира се, тези, които са по-големи от няколко десетки микрометра. Ако обаче

влажността

в стаята е двойно по-голяма - примерно около 60 на сто, тогава между 2,5 и 3% от пръските достигат до седящия насреща. Но ако тя е 90 на сто, тогава частиците ще са едва 1,6 - 1,7%.

"За разлика от тях най-малките аерозоли с вируси остават да се реят във въздуха и така ще се носят още дълго още време (десетки минути) - казва д-р Макото Цубокура. - Те могат да се промъкнат през

пролуките между маската и лицето

и за да имаме ефективна защита срещу инфекция, е необходима вентилация."

Изследванията установяват, че за да се предотвратят негативните ефекти през зимата, в помещенията трябва да се осигури допълнителна влажност и чрез правилна вентилация разпространението на вирусните частици ще се сведе до минимум.

На Fugaku е проведена симулация и кой е най-ефективният начин за проветряване на

класна стая с

40 ученици

Проиграни са различни варианти, за да се определи най-добрият, който ще предотврати разпространението на коронавируса, като същевременно се поддържа температурата в помещението.

"Хората могат да отворят прозорците, които са диагонално противоположни един на друг", казва Макото Цубокура. Според него рискът от заразяване ще намалее допълнително, ако прозорците се разтварят напълно по време на междучасията.

Екипът симулира различни варианти в стая за 40 ученици. Установяват, че прозорец в задната част на стаята и врата в предната част на стаята диагонално срещу него, открехнати по 20 сантиметра, ще осигурят напълно чист въздух за около 500 секунди. При тези условия ще има 1190 куб. метра чист въздух на час.

Това обаче изисква много време, тъй като е установено, че заразяването може да стане в рамките на

180 секунди

Затова в Япония провеждат още две симулации, които свеждат това време до 100 секунди. При първата всички прозорци в стаята са отворени с по 20 см, включително и вратата към коридора. Вторият вариант е почти същият, но с известна разлика - при него отново всички прозорци са отворени с по 20 см, но вратите в предната и задната част на стаята са открехнати с по 40 см.

Дори обаче да няма втора врата, екипът смята, че една класна стая може да бъде адекватно проветрена чрез открехването на прозорци, диагонално противоположни един на друг. В България климатичните условия са по-различни и ако през лятото този вариант може да се осъществи, то през зимата едва ли ще е удачно класните стаи да се изстудяват по този начин. А и проветряването само по-себе си

разсейва частици

и ако в стаята има болни, рискът от заразяване е сравнително голям.

Затова българската група се обединява около това, да се провери на практика каква ще бъде стерилизацията и степента на риска при вентилационната система със затворен цикъл. В нея ще бъдат отчетени и резултатите от проучването на Техническия университет в Берлин. Според него достигането на критични нива на заразни аерозоли зависи от размера на помещението, броя на хората и достъпа на чист въздух.

Немските учени установяват, че ключови в случая са вентилационните устройства, които обменят въздуха в стаите. Изчисленията им показват, че ако помещението е около 20 кв.м, с височина 3 метра и при вентилация, която подменя въздуха два пъти на всеки час,

може да бъде безопасно

в продължение на 80 минути, но само ако там има двама души. В подобна среда, но от 100 кв. м, десет души могат да не се заразят в продължение на 3 часа. Ако се продължат тези изчисления и се приложат в класна стая с 25 до 30 деца, само след две минути там ще е пълно със заразни аерозоли, казва инж. Мартин Кригел. Следователно въздухът в помещенията трябва да се обеззаразява по най-бързия възможен начин. Има изследвания, които по категоричен начин показват, че въздухът бързо се изчиства от вируси, ако той принудително се продухва през затворени модули с бактерицидни ултравиолетови лампи. Те са обвити със стъкло с титанов диоксид, поглъщащ светлината с дължина на вълната 185 нанометра. Именно тя генерира озон, който е опасен за хората над определени нива. Изследванията в Япония и други страни показват, че лампи в спектралния диапазон 222 нанометра при дълга експозиция също са смъртоносни за вируса и безопасни за човека. Проблемът обаче е, че на тези лампи са им необходими около

20 минути

до един час, за да убият вирусите в помещение в зависимост от обема му. Известно е, че UV-C лампите с дължина на вълната на светлината 253,7 нанометра имат най-силен бактерициден ефект с ясно изразено антивирусно действие, но те не могат да се използват в помещения с хора, защото увреждат роговицата на очите и кожата, а при дълга експозиция могат да предизвикат меланом на кожата. Резултатите се потвърждават и от проучване, проведеното в Irving Medical Center, в Columbia University в Ню Йорк. То проследява как влияе UV-C светлината на аерозолен облак с вируси, издишан от дробовете на заразен човек, и на какви допълнителни характеристики трябва да отговарят бактерицидните лампи, за да бъдат ликвидирани патогените.

Под микроскоп се изследват флуоресцентни изображения на MRC-5 живи клетки от човешки белодробни фибробласти, през които се продухва въздух, предварително заразен с човешки alphaHCoV-229E (вид коронавирус). Преди това наситеният с вируси въздух се облъчва с четири нива на интензивност на лъчение на UV-C лампи с дължина на вълната 222 и 254 нанометра - без облъчване (при 0 mJ/cm2 ) и след това при 0.5, 1 и 2 mJ/cm2. След преминаването му през UV-C камерата заразеният въздух се събира от специален уред, наречен BioSampler, като под микроскоп се вижда, че при 1 mJ/cm2 вирусните частици са сериозно увредени, а при 2 mJ/cm2 те са мъртви.

За COVID-19 научната общност все още не е определила конкретната доза за деактивирането му. Затова се приема по аналогия, че е валидна тази, която

унищожава патогените

от същото вирусно семейство. Примерно при SARS е установено, че доза от 20 mJ/cm2 UV-C светлина с дължина на вълната 253,7 nm, или шест лампи по 30 вата, осигурява 99,9% дезинфекция за 40 секунди вътре в корпуса.

Затова тази технология може да бъде използвана за стерилизация на въздуха в офиси и фитнеси.

Със симулациите на суперкомпютъра Fugaku бе показано, че даже когато между седящите на една маса в заведенията за хранене са поставени предпазни екрани от плексиглас, микроаерозолите бързо се разпространяват в помещението. Но за да се избегне заразяването на хората, над всяка маса трябва да има устройство, подобно на абсорбатор или химическа камина, което да засмуква въздуха заедно с аерозолите, да го изхвърля навън или да го обеззаразява в модули с бактерицидни лампи. С такова просто решение ресторантите, кафенетата, столовете също имат шанс да станат безопасно място и отново да бъдат отворени, както в азиатските страни.

В България се произвеждат затворени модули с UV-C лампи, които могат да се вградят в системи за контролируема и управляема стерилизация и обмяна на въздуха. Специалистите уверяват, че цената им е абсолютно приемлива.

Разбира се, конфигурацията на вентилационната система трябва да отчита особеностите на класните стаи, университетските аудитории, ресторантите, стаите в хотелите, магазините, фитнесзалите, спортните салони, офисите и др. Ако те вече имат вентилационни системи, в тях могат директно да се вградят UV-C модулите.

Всяко училище, университет, институция ще преценят коя е най-изгодната за тях оферта, казват експертите. След това държавните органи могат да отидат и да проверят на място дали съоръжението функционира правилно и

дали унищожава вирусите,

като се използва процедурата, предложена от Irving Medical Center в Columbia University.

Ако рискът от заразяване е нисък, здравните органи издават сертификат, че съответният магазин или ресторант е безопасен. Ако не, той остава затворен, защото не отговаря на санитарните норми.

Изводът е, че ако се използват тези научни резултати в практиката и създадените на тяхна база системи за стерилизация на въздуха, хората отново ще могат да пазаруват, да работят, да учат и спортуват, да седят по кафенетата и т.н. Според специалистите инвестициите в тези съоръжения ще са значително по-малки от разходите, които прави държавата, за да компенсира всички, които не работят, включително по схемата 60/40.

По неофициална информация стана ясно, че по повод на тези иновативни разработки се предвижда среща между екипа, еврокомисаря Мария Габриел, министъра на образованието Красимир Вълчев и кмета на София г-жа Йорданка Фандъкова, които ще обсъдят възможностите и практическите стъпки по изграждането на обеззаразяващи системи в училищата и университетите, за да се подпомогне възстановяването на нормалната им дейност.

"В Япония се съчетаха желязната

дисциплина

и високото обществено съзнание с тези технически решения и това намали до минимум разпространението на вируса през последните 9-10 месеца. Може би затова в Япония при 128 млн. население починалите са едва 3850 души", заяви проф. Иво Куцаров, който от години живее там.

Всъщност ситуацията в момента много напомня знаменитата фраза на Остап Бендер от книгата "12-те стола":

Спасението на давещите се

е дело на самите давещи се.

В Япония, Китай, Тайван, Сингапур и други азиатски страни приложиха този съвет и резултатите им определено са доста по-добри от тези в САЩ и ЕС. В Тайван все още починалите са по-малко от пръстите на едната ръка.

Всички резултати и симулации със суперкомпютри и могат да се видят тук