Desarrollan un innovador modelo matemático que predice el avance de la contaminación del aire y puede cambiar la salud pública
Cada año mueren 8,1 millones de personas en el mundo por la contaminación del aire, donde se encuentran nanopartículas tan pequeñas que esquivan las defensas del cuerpo humano.
Este avance es clave porque podría cambiar las bases para estudiar la contaminación atmosférica y proteger la salud pública.
La investigación, liderada por Duncan Lockerby de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Warwick y publicada en Journal of Fluid Mechanics Rapids, presenta un modelo matemático innovador.
Este estima la trayectoria y el comportamiento de nanopartículas de cualquier forma en el aire.
Las aplicaciones del modelo que mide la contaminación del aire
El modelo, ya disponible como código para Matlab, puede aplicarse en laboratorios e industrias en todo el mundo.
Su impacto práctico es variado: permite anticipar la dispersión de contaminantes en ciudades, el desplazamiento de cenizas, humo de incendios y el comportamiento de medicamentos basados en nanopartículas.
El método aporta también nuevas respuestas a los sistemas que monitorean la calidad del aire.
Además, la Universidad de Warwick abrió un laboratorio que permitirá experimentar con partículas de diferentes formas bajo condiciones controladas.
Los investigadores sugirieron usar el modelo en estudios ambientales, desarrollo de tecnologías seguras y elaboración de regulaciones sobre aire limpio.
Sin embargo, aclararon que el método aún debe probarse para partículas con formas más extremas y para casos donde interactúan muchas partículas.
Lockerby resaltó que los resultados «representan un avance importante tanto para la salud ambiental como para la ciencia de aerosoles».
Por qué las formas de las partículas importan
Millones de nanopartículas flotan diariamente en el aire: hollín, polvo, polen, microplásticos y virus.
Su tamaño diminuto les permite llegar a zonas profundas de los pulmones y acceder al torrente sanguíneo.
Hasta ahora, los cálculos científicos suponían que todas las partículas eran esferas, porque así los modelos matemáticos resultan más simples.
Pero esta visión deja fuera casi toda la diversidad de formas presentes en la vida real, donde las partículas tienen bordes, superficies y geometrías irregulares.
Estas simplificaciones impiden anticipar con precisión cómo se distribuyen y acumulan los contaminantes que más preocupan a la salud pública.
«La motivación era simple: si podemos predecir con precisión cómo se mueven partículas de cualquier forma, podemos mejorar significativamente los modelos de contaminación del aire«, afirmó Lockerby.
La fórmula centenaria adaptada para medir la contaminación del aire
El modelo toma como base la fórmula matemática creada en 1910 por el físico John Cunningham, conocida como el «factor de corrección de Cunningham».
Esta ecuación permite calcular cómo la resistencia del aire afecta a partículas diminutas.
Robert Millikan, Nobel de Física, adaptó esa ecuación para esferas, pero dejó fuera a otras formas.
El equipo de Lockerby recuperó el concepto original y lo expandió para que sirva para cualquier geometría.
El modelo usa un «tensor de corrección», un tipo de fórmula matemática que permite calcular las fuerzas y la resistencia que enfrentan las partículas de todas las formas, sin depender de datos experimentales previos o simulaciones largas y costosas.
El equipo comprobó la solidez del método al comparar los resultados con datos de laboratorio.
Con partículas esféricas, el margen de error fue inferior al 4%. Lockerby señaló que «aporta el primer marco para predecir con precisión cómo viajan las partículas no esféricas por el aire«.
Así, este desarrollo llega en un momento crítico, cuando la contaminación del aire sigue siendo una de las principales preocupaciones de salud pública global, según datos de la ONU de 2021.