Le tecnologie radio utilizzabili per il contact tracing

In questi giorni di rilascio della “App Immuni”, progettata specificatamente per il controllo dell’infezione Covid-19, esistono diverse tecnologie che più di altre possono supportare il controllo e la gestione del contact tracing fra le persone, alcune di queste sono state ampiamente discusse, occorre quindi capire quali sono le potenzialità e i limiti offerti da ciascuna.

Innanzitutto, queste tecnologie devono necessariamente essere indossate, cioè per garantire l’efficacia per due (o più) persone di cui si voglia monitorare e controllare il contact tracing, gli individui devono ovviamente portare con sé il dispositivo di monitoraggio.

Parametri ed efficacia delle tecnologie disponibili

È importante inquadrare quali sono i principali parametri di funzionamento ed efficacia che contraddistinguono le diverse tecnologie che abbiamo a disposizione:

• precisione di rilevamento: per ricevere un corretto riscontro nel controllo del contact tracing è indispensabile capire il livello di precisione del rilevamento della posizione, questo soprattutto se siamo in ambienti circoscritti “indoor” come l’ufficio o la fabbrica, ma anche in ambienti aperti.
• semplicità di adozione e utilizzo: certamente fattori molto importanti nel definire l’adottabilità della tecnologia, ricordiamoci che la tecnologia può funzionare solo se anche il nostro “vicino” la sta utilizzando.

I dispositivi possono essere di tipo “passivo” o “attivo”: abbiamo bisogno di ricaricare i nostri dispositivi regolarmente, o semplicemente ci possiamo “dimenticare” della loro presenza, anche se in background continuano a fornirci il loro servizio? Questo fattore è importante dal punto di vista dell’adottabilità, siamo tutti abituati a ricaricare giornalmente i nostri cellulari, ma può non essere immediato farlo per ulteriori dispositivi.

• costo: il costo di implementazione giustifica l’efficacia dello strumento? Questo è forse il parametro più importante, perché anche se a livello statistico dei grandi numeri le informazioni rilevate consegnano sicuramente un importante vantaggio alle autorità di controllo, a livello individuale può non essere immediata la percezione del vantaggio rispetto al costo di adozione.

Le tecnologie radio utilizzabili sono:

• RFID
• Bluetooth
• RTLS

La tecnologia RFID

La tecnologia RFID (Radio Frequency Identification) è diffusa da molti anni e utilizzata principalmente in applicazioni dove si vuole identificare un particolare Tag, oppure memorizzare informazioni inerenti all’oggetto a cui il Tag è applicato.

L’identificazione avviene tramite radiofrequenza, il chip RFID è generalmente di tipo passivo, nel senso che non ha bisogno di alimentazione e quindi di un apparato di ricarica della batteria, ma riceve l’energia per poter trasmettere i dati memorizzati attraverso lo stesso segnale radio in ricezione.

Principalmente i Tag RFID vengono utilizzati nella bigliettazione e nella logistica, ma adesso anche la maggior parte dei telefoni cellulari ha la stessa tecnologia installata.

Particolari tipologie di Tag RFID (UHF) sono interrogabili anche a distanze di qualche metro attraverso apposite antenne UHF, questa caratteristica può essere sfruttata anche per un grossolano controllo di contact tracing in ambienti indoor.

Tramite i Tag RFID non è possibile risalire alla posizione o alla distanza, ma si può conoscere per un determinato ambiente opportunamente monitorato quanti Tag RFID sono presenti, quindi con algoritmi progettati appositamente è possibile in tempo reale verificare quante persone sono nel raggio di ricezione della particolare antenna, e quindi nell’ambiente monitorato.

In questo modo posso effettuare un controllo preciso e puntuale degli assembramenti nei locali monitorati, ad esempio si può stabilire quale è il numero massimo di persone ammesse in sala mensa e quindi impedirne ulteriori ingressi fino a quando il numero rientra nel limite stabilito.

Essendo i Tag RFID già molto diffusi, ad esempio nei badge di accesso aziendali, è possibile con costi relativamente bassi dovuti essenzialmente all’installazione delle antenne aggiuntive, prevedere funzionalità di controllo per ambienti circoscritti.

La tecnologia Bluetooth

I chip Bluetooth integrano una tecnologia di tipo “wireless” introdotta ormai più di venti anni fa, che ultimamente sta vedendo una rinnovata ondata di interesse grazie al fatto che alcune caratteristiche specifiche la fanno diventare utile per possibili applicazioni di contact tracing.

I chip Bluetooth sono progettati per “cercarsi” in maniera automatica quando si trovano in vicinanza relativa, per facilitarne la connessione (ad esempio gli auricolari con telefoni cellulari nell’operazione di “pairing”), questo grazie a una continua scansione per altri dispositivi Bluetooth nel range di ricezione del segnale. I chip, durante l’operazione di “pairing” si scambiano i propri identificativi seriali, unici per ogni chip.

Il chip Bluetooth dà anche un’altra informazione molto importante: la potenza di segnale ricevuto dal dispositivo Bluetooth nelle vicinanze. La potenza del segnale è grossolanamente proporzionale alla distanza dei due dispositivi.

Quindi la tecnologia Bluetooth mette a disposizione le due informazioni necessarie a stabilire il contact tracing: l’identificativo unico dei chip Bluetooth che sono nelle vicinanze e una loro stima della distanza. Apple e Google hanno messo a disposizione queste informazioni tramite i loro sistemi operativi IOS e Android per gli sviluppatori delle App governative (vedi la Immuni).

Il limite principale è che la stima di distanza derivata dal segnale di potenza è una misura che ha un margine di errore di diversi metri. Sappiamo che un dispositivo può essere nel mio range di copertura del segnale Bluetooth (all’incirca una decina di metri), se il segnale è buono possiamo stimare che il dispositivo si trovi a 3-5 metri o anche meno, il segnale di potenza può essere schermato dal mio corpo, ad esempio due persone di spalle possono apparire distanti quando in realtà sono molto vicine, non riesco quindi a stimare con certezza che i due dispositivi siano stati nel raggio di 1,5 metri per un prolungato periodo di tempo.

Non è quindi possibile ottenere una stima precisa della distanza. Esistono però modalità di utilizzo che possono largamente migliorare la stima di distanza dei dispositivi Bluetooth, ad esempio in ambienti controllati, utilizzando determinati “beacon” Bluetooth in posizioni fisse e note, un dispositivo Bluetooth mobile può stimare la sua posizione tramite algoritmi di triangolarizzazione e quindi ridurre largamente l’errore di calcolo della sua posizione, sia assoluta che relativa ad altri dispositivi Bluetooth mobili.

La tecnologia RTLS

RTLS è l’acronimo che sta per Real-Time Location System.

La tecnologia RTLS è utile per poter determinare la posizione in continuo in ambienti indoor di speciali Tag così come la tecnologia Gps può fare per ambienti outdoor.

Per poter identificare la posizione dei Tag in ambienti indoor si ha la necessità di creare una rete interna di mappatura degli ambienti tramite ancore, che con algoritmi di triangolarizzazione creano una mappa “virtuale” degli ambienti. Per ogni ambiente e per creare la triangolarizzazione sono necessarie almeno tre ancore, che emettono a intervalli regolari programmabili brevissimi impulsi elettromagnetici a bassa energia e banda ultra larga (UWB – Ultra Wide Band). Questi impulsi sono ricevuti dai Tag che a loro volta tramite un algoritmo interno riescono quindi a calcolare internamente la loro posizione.

In ambienti “indoor” la tecnologia RTLS può certamente garantire le funzionalità di “contact tracing” e rispettare tutti i requisiti richiesti di monitoraggio delle distanze.

Tramite l’utilizzo di una apposita piattaforma digitale di monitoraggio dei dati, è possibile quindi creare allarmi sia in tempo reale che sottoforma di report giornalieri mettendo a disposizione dell’azienda che adotta la tecnologia uno strumento di controllo puntuale.

La tecnologia RTLS richiede una installazione della infrastruttura di monitoraggio, inoltre i Tag RTLS devono essere specificatamente progettati e realizzati. Le potenzialità della tecnologia RTLS come rilevamento delle posizioni indoor si presta a molteplici utilizzi.

I costi aggiuntivi che questa tecnologia impone possono quindi essere giustificati se l’adozione dello strumento a livello aziendale è affiancato dalle ulteriori funzionalità che vengono abilitate e non limitate al solo contact tracing.

Conclusioni

La seguente tabella mette a confronto le tre tecnologie che abbiamo esaminato (RFID, Bluetooth, RTLS) sui principali requisiti (precisione, semplicità di utilizzo, costi) per implementare un efficace algoritmo di contact tracing.

La tecnologia RFID permette, con costi di implementazione minimi dovuti all’installazione di nuove antenne in locali specifici, il monitoraggio e il controllo di assembramenti eccessivi, ma non l’effettivo controllo del contact tracing.

Il Bluetooth ha come suo vantaggio l’ampia diffusione della tecnologia nella quasi totalità dei dispositivi mobili, riducendo quindi il costo di adozione al minimo, ma ha a suo sfavore il fatto che la precisione di rilevazione delle distanze è alquanto imprecisa e aleatoria, quindi forse più utile a rilevazioni statistiche piuttosto che a rilevazioni puntuali per il singolo individuo.

Grazie al fatto comunque che ormai ogni dispositivo mobile cellulare è dotato al suo interno di un chip Bluetooth, questa tecnologia abilita lo sviluppo di App (vedi Immuni) per il contact tracing.

Infine, la tecnologia RTLS applicabile in ambienti indoor permette una rilevazione puntuale e precisa delle posizioni dei Tag monitorati, a suo sfavore ha i costi di implementazione che però possono essere giustificati dal fatto che lo strumento adottato è abilitante di ulteriori funzionalità avanzate utilizzabili dalla azienda.