Araştırmacılar, yetkililerin sokak seviyesindeki kirliliği tahmin edip en çok ihtiyaç duyulan yerde harekete geçmesini sağlamak için yapay zekâ destekli sanal şehirler tasarlıyor.
Şehirlerde hava kirliliği bir sokaktan diğerine keskin şekilde değişebiliyor. Dumanlar yüksek binalar arasında kalabiliyor, yoğun kavşaklarda birikebiliyor ya da bir okul kapısına doğru sürüklenebiliyor. Ancak şehirlerin tehlikeli seviyelere ulaşmadan önce harekete geçmek için gereken ayrıntılı tahminlere çoğu zaman sahip değil.
Teknik Üniversitesi Madrid’de uygulamalı matematik profesörü ve ModelFLOWs araştırma grubunun lideri Soledad Le Clainche için, havanın şehirler içinde nasıl hareket ettiğinin daha iyi anlaşılması, Avrupa’nın en büyük çevresel sağlık sorunlarından biriyle mücadeleye yardımcı olabilir.
AB tarafından finanse edilen MODELAIR adlı araştırma projesi kapsamında Le Clainche, Belçika, Hollanda, İsveç ve İngiltere’deki araştırmacılarla birlikte çalışıyor. Kentlerin kentsel kirliliğin görünmez ve son derece yerel örüntülerini daha kolay anlamasını sağlıyor.
“Hava kirliliği için araç geliştiren çok kişi var ama biz, incelediğimiz kentsel alanların 3 boyutlu kirlilik ortamını gerçek zamanlı olarak hesaplayan ilk kişileriz,” dedi.
MODELAIR araştırmacıları, yapay zekâ destekli 3 boyutlu “dijital ikizler” geliştiriyor. Bilgisayar simülasyonları, sensör verileri ve 3 boyutlu modelleri birleştirerek kentsel hava kalitesinin gerçek zamanlı, sokak seviyesinde bir resmini sunuyor.
Amaç, şehir yetkililerinin trafik planlaması, yerel izleme ve kirlilik kontrol önlemlerinin nereye uygulanacağına dair daha iyi bilgilendirilmiş kararlar almasına yardımcı olmak. Araştırma, Avrupa şehirlerinin emisyonlarını azaltmasına ve kentsel yaşamı iyileştirmesine yardımcı olan AB İklim Nötr ve Akıllı Şehirler Misyonu’nu tamamlıyor.
Araçlar Brüksel, Madrid ve Bristol’de test ediliyor. Her şehir farklı bir kullanım alanı keşfediyor; kentsel tasarımın etkilerini anlamaktan yerel izlemeyi iyileştirmeye ve pratik yanıtları test etmeye kadar.
Avrupa şehirlerindeki insanların büyük çoğunluğu Dünya Sağlık Örgütü’nün (WHO) güvenli kabul ettiği seviyelerin üzerinde hava kirliliğine maruz kalıyor. Hava kirliliği kalp hastalığı, felç ve çeşitli kanser riskini artırıyor, astımı ve solunum yolu enfeksiyonlarını kötüleştiriyor. Genellikle görünmez olsa da bu durum küçük bir mesele değil.
Avrupa Çevre Ajansı, 2023’te hava kirliliğinin WHO kılavuz seviyelerine indirilmesi halinde 27 AB üyesi ülkede ince partiküllerden kaynaklı 182 bin ölümün, ozon kirliliğine maruz kalmadan kaynaklı 63 bin ölümün ve nitrojen dioksit gazından kaynaklı 34 bin ölümün önlenebileceğini tahmin etti.
WHO’ya göre yeni kanıtlar hava kirliliğinin demansın olası bir nedeni olabileceğine işaret ediyor ve Avrupa’da doğu ve güneydoğu ülkeleri kirlilikten en fazla sağlık etkisini yaşıyor.
Avrupa’da hava kirliliği genel olarak iyileşse de zararına dair şaşırtıcı yeni bulgular ortaya çıkmaya devam ediyor. 2025 tarihli bir çalışma, yaşamın ilk 18 yılı boyunca havadaki yaygın küçük partiküllere ve nitrojen oksitlere maruz kalmanın, özellikle genç yetişkinlerde daha yüksek tansiyonla bağlantılı olarak kardiyovasküler sağlığın daha kötü olmasına yol açtığını buldu.
Le Clainche ve meslektaşları bir şehrin genel kirlilik seviyelerinin alışılmış büyük resim görüşünün ötesine geçmeyi hedefliyor.
Ekip, sensörlerden, hava tahminlerinden ve bilgisayar modellerinden gelen bilgileri sürekli bir araya getirip yerel tahminler üreten yapay zekâ “ajanları” kullanıyor.
Projenin bazı yöntemleri hâlihazırda açık kaynaklı ModelFLOWs-App üzerinden erişilebilir durumda.
Bugün mevcut modeller yararlı bilgi verebiliyor ancak şehirlerin harekete geçmek için ihtiyaç duyduğu ayrıntılı tabloyu her zaman sunmuyor. Zorluk, hava kalitesi izleme istasyonları ve diğer sınırlı veri kaynaklarından gelen farklı bilgi parçalarını, havanın bir şehir içinde nasıl hareket ettiğine dair son derece ayrıntılı simülasyonlarla bir araya getirmek.
“İşte MODELAIR bunu yapıyor ve kirleticilerin kentsel alanlar içinde nasıl hareket ettiğine dair çok daha doğru tahminler yapmamızı sağlıyor,” dedi Belçika’daki Université Libre de Bruxelles’de dijital ikizler için hava akımları ve yapay zekâ uzmanı ve MODELAIR ekibinin parçası olan Alessandro Parente.
“Şehirler hava kirliliği konusunda karar almak için mücadele ediyor,” diye ekledi.
2023’te başlatılan girişim, tahminlerini test etmek ve geliştirmek için bilgisayarlı 3 boyutlu şehir kopyalarını rüzgâr tüneli deneyleriyle birleştiriyor.
Partikül ve gaz halindeki kirliliğin nasıl davrandığını anlamak, basınç, rüzgâr ve ısı gibi değişkenlerin saatlik olarak değişip kirlilik seviyelerini etkileyebildiği karmaşık 3 boyutlu şehir ortamı nedeniyle zor.
Parente, bilim insanları ve yapay zekâ ajanları arasında belirli bir sokak köşesinde veya yol kavşağında neler olup bittiğini tahmin etmek ve boşlukları doldurmak için bir iş birliği istediğini söyledi.
“Yapay zekâ ajanları deneysel verileri bir araya getiriyor, tahminler yapıyor ve olası yanıtlar öneriyor,” dedi Parente. “Ama yapay zekânın yalnızca öneride bulunabileceğini açıkça belirtmek önemli. Bu önerilerin değerlendirilmesi hâlâ bilim insanlarının sorumluluğunda ve bunların uygulanıp uygulanmayacağına ve nasıl uygulanacağına nihayetinde karar verecek olan politika yapıcılar.”
Gerçek zamanlı bilgiler, şehir planlamacılarının trafik akışlarını değiştirme veya yerel sanayinin nereye konumlandırılacağına karar verme gibi seçenekleri tartmasına yardımcı olabilir.
“Trafik sıkışıklığını önlemek için trafiği yeniden yönlendirebilir veya yeni şehir bölgelerinin nasıl inşa edildiğiyle ısı adası etkilerini kontrol etmeye yardımcı olabilirsiniz,” dedi Le Clainche.
Kentsel ısı adaları, asfalt, beton ve binaların ısıyı tutması nedeniyle oluşur; bu durum ozon oluşumunu teşvik eder ve bazı sokaklarda kirleticilerin hapsolmasına yol açar.
Yapay zekâ ajanları, örneğin belirli yerlere ağaç dikilmesini önererek sıcaklıkları düşürmeye, bazı kirleticileri emmeye ve gölge oluşturmaya yardımcı olabilir. Nihayetinde bilim insanları ve politika yapıcılar, dijital ikiz tarafından sağlanan ayrıntılı sokak seviyesi bilgilerinden yararlanarak müdahale edilecek kesin yeri belirleyecek.
“Dijital ikiz, bir şehrin küçük bir alanını taklit eden ve bir hava akışı örüntüsünün yüksek kirlilik seviyeleriyle nasıl bağlantılı olduğuna dair bilgi veren bir araçtır,” dedi Le Clainche. “Belediyeler için gerçekten değerli olabilecek araçlar yaratıyoruz. Madrid bunların kullanılmasına çok ilgi duyuyor.”
Yüksek doğruluktaki simülasyonları gerçek dünya verileriyle birleştiren araştırmacılar şimdi gerçek zamanlı karar destek aracını Brüksel’in Ixelles ilçesinde test etmeye hazırlanıyor. Madrid’de modelleri trafik yönlendirme seçeneklerini değerlendirmek için kullanacaklar.
Proje ortaklarından biri olan Belçikalı mühendislik şirketi BuildWind, sokak seviyesindeki rüzgâr akışlarını, mikro iklimleri ve hava kalitesini incelemek için dijital şehir modelleri geliştiriyor. Mevcut BrusAir platformu, okullar gibi hassas yerlerin yakınında da olmak üzere Brüksel genelinde hava kirliliğini haritalıyor.
“Bu bilginin amacı, şehir planlamacılarının ve şehir yönetiminin kirleticilerin tam olarak nerede yoğunlaştığını anlamasına yardımcı olmak,” dedi BuildWind’in CEO’su Alessandro Gambale.
BuildWind, Parente gibi bilim insanlarıyla gerçek dünya hava kirliliği sorunları üzerinde çalıştı ve yeni araştırmanın BrusAir’i daha da güçlendirmesini umuyor. MODELAIR araştırmasından elde edilen bulgular bu yılın sonuna doğru daha geniş kitleyle paylaşılacak.
Yaklaşım planlandığı gibi işlerse, şehirler insanların kendi sokaklarında nefes aldıkları havaya dair daha ayrıntılı bir görünüm elde edebilir ve kirliliğin birikmeden önce ne zaman ve nerede harekete geçilmesi gerektiğine karar vermesi kolaylaşabilir.
Bu makale ilk olarak AB Araştırma ve İnovasyon Dergisi Horizon’da yayımlandı.
