人工知能（AI）は、センサー、衛星、さらにはクラウドソーシングによるデータを含む大規模で複雑なデータセットを分析することで、都市の大気汚染の検知と予測の方法を高度化します。
AIツールは、汚染への曝露に関するパーソナライズされた知見を提供し、個人が日常生活でより健康的な選択を行えるようにします。
AIには大きな可能性がある一方で、その導入は包摂的かつ倫理的に導かれなければなりません。慎重な実施がなければ、特に恵まれない地域において、既存の不平等を悪化させるおそれがあります。
人類は、自らの野心に合わせて世界を作り変えてきました。空にそびえ立つ都市と、生命の脈動するデジタルネットワークを築いてきたのです。しかし、その過程で、目に見えない脅威によって空気も満たしてしまいました。私たちを取り巻く機会の大気は、しばしば汚染されており、静かに肺に入り込む汚染物質に満ちています。
都市の大気汚染は、現代を定義する課題であり、その複雑さは発生源にあり、動的な性質を持ち、 人々の行動に関して、さらに従来のツールの手が届かない領域にあり。
しかし、都市がより賢くなるにつれ、きれいな空気を求める闘いにおいて、強力な新たな味方が現れつつあります。それが人工知能（AI）です。
AIは、目に見えないものを可視化する手助けができるでしょうか。より楽に呼吸し、より長く生きられるよう助け、目に見えない有害な曝露による健康への負担を軽減できるでしょうか。
AIは、大量のデータを分析し、隠れたパターンを明らかにし、将来の状況を予測し、都市の機能を最適化するという、根本的に新しいツールキットを提供します。本稿では、急速に都市化が進む世界において、都市の大気汚染の濃度と曝露をモニタリングし、管理し、最終的に緩和するためにAIをどのように活用できるかを検討します。
敵を理解する
世界中の何十億人もの人々が、粒子状物質（PM2.5）や二酸化窒素（NO2）などの汚染物質について、世界保健機関（WHO）のガイドラインを超える空気を吸っています。この結果、年間800万人以上の早期死亡をもたらし、世界経済には8兆ドル の費用が毎年かかっています。
歴史的に、大気汚染に対する私たちの理解は、比較的まばらで、設置と維持に費用のかかる固定型の観測ステーションのネットワークに依存してきました。基準級のモニターやスーパーサイト（高度な機能を備えた集中的な観測ステーション）は、化学組成や粒子径などの貴重なデータを提供しますが、人々が都市を移動する際に経験する変動、すなわち局所的な超微細な曝露についての洞察は限られています。
今日では、AI、モデリング、センサーネットワークのおかげで、その状況は変わりつつあります。
より賢い計測、より賢い都市
初期の機械学習の大気質への応用は、ランダムフォレスト、勾配ブースティング、ハイブリッド手法などのモデルに焦点を当てていました。これにより研究者は、より良く予測 できるようになり、都市における大気汚染の濃度を、同時に交絡 変数（天候など）の影響を切り分けます。
この予測能力により、政策介入の有効性に関する新たな知見が得られます。
近年では、機械学習の手法が、大気質の センサーの測定値の精度を向上させ、複雑な汚染源の寄与を推定するため、汚染レベル、気象条件、交通量、産業活動などを統合したデータセットを分析しています。
センサー、衛星画像、さらにはクラウドソーシングによるデータと組み合わせることで、AIは現在、曝露を追跡し公衆衛生上の対策を講じるために、高解像度でほぼリアルタイムの汚染マップを作成できます。
その一例が、DyNAシステムです。インペリアル・カレッジ・ロンドンで開発されたもので、物理モデリングとAI技術を組み合わせています。カスタマイズされたリカレントニューラルネットワークを用い、時系列データを処理して汚染イベントを予測します。
データ同化技術と組み合わせると、DyNAは実世界の観測データを取り込み、大気質予測の精度と速度を高めることができます。GoogleのAir Quality APIも、多様な入力を組み合わせて、グローバルな汚染物質濃度を推定しています。
大気汚染は最も貧しい人々に最も深刻な影響を与え、AIはこうした不平等を拡大させかねません。
市民と都市計画担当者に力を与える
より賢いシステムは、より賢い意思決定を意味します。都市だけでなく、市民にとってもそうです。
ランナーやサイクリストが、スマートウォッチでリアルタイムの警告を受け取り、ルート上の汚染のホットスポットを特定され、汚染物質が蓄積する狭い街路では速度を落とすか道の反対側に移るよう助言される場面を想像してください。かつては見えなかったこうした知見が、今や可能になっています。
AirTrackは、Air Aware Labsによって開発されたもので、リアルタイムの曝露データに基づいて、アスリートや通勤者がルートを変更する手助けをしてきました。GPSデータ、AI、大気汚染モデリング、利用者の行動を組み合わせ、大気汚染への曝露に関するパーソナライズされた知見を提供し、人々がより賢い選択をできるよう支援します。
例えば、サイクル通勤のルートを変更したり、ジョギングの時間を調整したり、外出に最適な時間を判断したりすることです。驚くべき精度により、まもなく、あなたが吸い込むすべての粒子がどこから排出されたのかを推定できるようになるでしょう。これにより、説明責任、健康モニタリング、予防の新たな可能性が開かれます。
時間の経過とともに、AIは交通、エネルギー、土地利用といった都市システム全体を、よりスマートでクリーンな均衡へと導くでしょう。そこにはダイナミック道路料金制度、オンデマンド型モビリティ、そして電動の自動運転車などが含まれ、いずれも大気質目標に沿ったものとなります。
建物が気流、排出、歩行者の動きにどのような影響を与えるかをモデリングすることで、AIツールは汚染のホットスポットの発生を回避し、最初の設計図から最終的な施工まで、設計において健康を優先する手助けをします。これは「事後対応型」から「事前対応型」の計画への転換を意味し、設計段階から健康的な都市づくりを可能にします。
倫理的、公平かつ地域で検証された
AIの可能性は計り知れませんが、それが無責任に導入される場合、そのリスクもまた計り知れません。大気汚染は最も貧しい人々に最も深刻な影響を与え、AIはこうした不平等を拡大させかねません。例えば、インフラの不足により、GoogleのAPIは多くのアフリカの都市をカバーできていません。
AIが善の力となるためには、次の条件を満たす必要があります。
包摂性：恩恵は、スマートフォンやウェアラブル端末を持つ人だけでなく、すべての人が利用できるものでなければなりません。
公平性：既に過度な負担を抱えているコミュニティに汚染を転嫁することを避けるよう、システムを設計する必要があります。
透明性と倫理性：公共の信頼には、明確なガバナンス、オープンなアクセス、そして意味のある地域社会の関与が必要です。
AIは人々に対して行われるものではなく、人々とともに構築されるべきです。それは、データへのアクセスを開放し、オープンソース開発を支援し、ツールの設計と導入において地域の声を取り入れることを意味します。
同時に、AIは、世界保健機関が掲げる目標、すなわち大気汚染による健康影響を50％削減する（2040年までに、大気汚染と健康に関する世界会議で示された）などの世界的な目標を達成するうえで不可欠な推進力です。
AIを活用した都市の持続可能性に向けて
AIは、都市の大気汚染との闘いにおいて変革的な力をもたらします。AIは、測定、予測、最適化、行動の方法を高度化し、都市をより賢く、よりクリーンで、より公平で、より住みやすいものにするためのツールを私たちに提供します。
これらの取り組みは、世界経済フォーラムのAlliance for Clean AirやC40の大気質への取り組み（気候変動対策を通じた相乗便益）といった取り組みと連携しうるものです。
しかし、この可能性は、アルゴリズムだけでは実現できません。政府、研究者、スタートアップ、都市のリーダー、そして毎日空気を吸うすべての人々による意図的な協働が必要です。
したがって、慈善家、多国間機関、民間部門は、十分に代表されていない地域におけるデータのギャップを埋めるために協力しなければなりません。きれいな空気は、郵便番号や国内総生産によって左右されるべきではないからです。
私たちの空気は、隠れた危険であってはなりません。AIをパートナーとし、公平性を羅針盤として、きれいな空気が、それを動かすデータと同じように自由に流れる賢い都市を築くことができます。
