Dopo il devastante terremoto in Nepal, gli abitanti locali stanno affrontando un'emergenza acqua potabile, secondo quanto recentemente segnalato dall'Unicef. Tuttavia, i disastri naturali non sono l'unica causa della carenza d'acqua e delle conseguenti crisi umanitarie. Secondo l'Organizzazione mondiale della sanità, circa 748.000.000 persone in tutto il mondo non hanno accesso all'acqua potabile; i microorganismi nell'acqua che causano malattie quali diarrea e colera sono responsabili di 842.000 morti ogni anno. Cinque studenti dell'Università di Brema, della facoltà di Electronics and Computer Science, lavorano già dal 2013 per trovare una soluzione che permetta di portare acqua potabile nei Paesi in via di sviluppo. Theodor Hillebrand, lavorando per l'Agenzia Federale di Soccorso Tecnico tedesca, è venuto a conoscenza del metodo Sodis, un sistema semplice e vantaggioso per trattare l'acqua potabile, raccomandato dall'Oms e dall'Unicef. Viene riempita d'acqua una bottiglia di plastica trasparente, agitata e poi lasciata alla luce del sole per sei ore. I raggi UV della luce solare uccidono qualsiasi batterio contenuto nell'acqua. Sono stati tuttavia individuati alcuni punti deboli di questo metodo. Konstantin Tscherkaschin, che fa parte del progetto Scipio, ha spiegato che "c'è una moltitudine di fattori che incide negativamente sul processo di purificazione. Se l'acqua è torbida, se la bottiglia è rovinata, se il cielo è nuvoloso o anche se l'operatore dimentica di agitare la bottiglia, ci saranno ancora dei germi dopo sei ore". Hillebrand ha avuto l'idea di sviluppare un indicatore in grado di monitorare la purificazione dell'acqua che avviene tramite raggi solari. Il progetto e il dispositivo di misurazione sono stati chiamati Scipio (Scientific Purification Indicator) ovvero indicatore scientifico di purificazione, che in latino significa appunto "bastoncino". Il team ha identificato i seguenti problemi tecnici che dovevano essere risolti: approvvigionamento di energia; tenuta stagna; possibilità di determinare se la bottiglia è stata agitata adeguatamente; possibilità di determinare l'orientamento della bottiglia verso il sole; misurazione dell'intensità dei raggi UV e della temperatura; interazione con l'operatore.
Scipio purifica l’acqua
La custodia in plastica utilizzata per Scipio è lunga 20 cm, ha un diametro di 20 mm ed è permeabile ai raggi UV. Le celle solari flessibili e i rispettivi componenti sono fissati su un Pcb, a sua volta inserito nella custodia in plastica. Per garantire un approvvigionamento energetico ininterrotto anche in caso di irradiazione solare non costante, l'energia della cella è raccolta da un collettore e poi trasmessa ad un condensatore. All'interno di Scipio si trova un potente microcontrollore con un processore Arm che esegue tutti i calcoli necessari. Il processo di purificazione viene poi visualizzato su un Lcd memory display di Sharp. Sono necessari diversi sensori per guidare l'operatore attraverso l'intero ciclo del metodo Sodis. Ad esempio, un sensore capacitivo permette di determinare se Scipio è immerso nell'acqua, un accelerometro stabilisce se la bottiglia è stata agitata adeguatamente ed è orientata correttamente verso il sole e quattro sensori UV, montati a due a due su ogni lato del circuito stampato, misurano l'intensità delle radiazioni ultraviolette. Questa disposizione garantisce l'efficacia della misurazione a prescindere dall'orientamento di Scipio all'interno della bottiglia. Infine, un sensore di temperatura completa il circuito stampato.
Il memory display di Sharp
Le complesse interrelazioni tra l'approvvigionamento energetico, i sensori e l'interazione con l'operatore richiedono al display di soddisfare standard elevati:
• deve essere abbastanza piccolo per adattarsi alle dimensioni di Scipio;
• deve funzionare con pochissima energia: in fin dei conti, Scipio fa affidamento esclusivamente sulla luce solare per l'approvvigionamento energetico;
• deve essere facilmente leggibile anche alla luce solare;
• deve poter essere programmato in modo da visualizzare i risultati delle misurazioni in pittogrammi comprensibili universalmente.
Nel corso della loro difficile ricerca di un display adatto, i cinque programmatori si sono imbattuti nel display a cristalli liquidi 1,17” con memoria, un display Tft a matrice attiva basato sulla tecnologia Continuous Grain Silicon di Sharp. Il display transflettivo monocromatico ha un'area di visualizzazione di 29 x 6 mm. Il basso consumo di energia è il risultato della "in-pixel memory", che memorizza le immagini salvandole all'interno dei pixel stessi. L'alto contrasto e l'elevata risoluzione rendono facile la lettura del dispositivo anche all'aperto. Tscherkaschin è entusiasta del display: "Ha soddisfatto tutti i nostri requisiti. È della dimensione giusta e la sua leggibilità alla luce solare e il suo basso consumo di energia di soli 15 μA ci hanno impressionato." "Inoltre", prosegue Tscherkaschin, "il display Lcd con memoria mostra la progressione del processo di purificazione e guida l'operatore in ogni singola fase del metodo Sodis: agitare la bottiglia d'acqua, posizionarla al sole, aspettare che i batteri siano morti ed infine bere l'acqua. Questo fa sì che il processo di purificazione sia facile da comprendere anche per persone con culture diverse, analfabete o anche bambini piccoli". Gli Lcd memory display Sharp sono disponibili in diverse misure (0,99”, 1,17”, 1,28” e 2,7”) e con varie risoluzioni. Sono stati inoltre sviluppati in modo da essere utilizzati con dispositivi portatili. Al contrario della tecnologia ad inchiostro elettronico, la frequenza di aggiornamento del display Lcd con memoria è veloce come quella dei monitor Lcd convenzionali e lo scorrimento del testo sul display è molto chiaro.
