محققان نحوه انتقال COVID-19 در کلاس درس را شبیه سازی می کنند

پیش‌بینی‌های مدل نشان می‌دهد که استفاده از ماسک جهانی می‌تواند عفونت‌های جدید را تا ۷۲ درصد کاهش دهد و نرخ بالای واکسیناسیون با موفقیت انتقال را برای انواع مسری‌تر مهار کند.

با افزایش مجدد موارد ابتلا به ویروس کرونا در تقریباً هر ایالت ایالات متحده، سؤال بزرگ این است: چگونه می‌توانیم در حین از سرگیری زندگی عادی، به ویژه در فضاهای شلوغ مانند پردیس‌های دانشگاه، ایمن بمانیم؟ در طول دو سال گذشته، تصمیم گیرندگان مجبور شده‌اند در مورد همه چیز از واکسیناسیون و دستورات ماسک گرفته تا محدودیت‌های اشغال، بر اساس فرضیات در حال تغییر در مورد COVID-19 انتخاب کنند.

اکنون، محققان USC با شبیه‌سازی شیوع کووید-19 در محوطه دانشگاه، به‌ویژه مدل‌سازی خطرات انتقال هوایی مرتبط با کلاس‌های حضوری، به تعیین کمیت اثربخشی برخی از بحث‌برانگیزترین استراتژی‌های کاهش کمک کرده‌اند.

مطالعه جدید، منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) نشان می دهد که در طول شیوع نوع دلتا بسیار قابل انتقال، حداقل 93 درصد از دانش آموزان باید واکسینه شوند و همه در داخل خانه از ماسک استفاده کنند تا از افزایش موارد جلوگیری شود. برای سویه اصلی کووید-19، 23 درصد از دانش‌آموزان باید واکسینه شوند و همه در داخل خانه از ماسک استفاده کنند (یا 64 درصد دانش‌آموزان بدون استفاده از ماسک).

این یافته ها به تصمیم گیرندگان در صورت شیوع مداوم COVID-19 یا شیوع یک بیماری عفونی مشابه کمک می کند. مدل شبیه‌سازی همچنین به تصمیم‌گیرندگان اجازه می‌دهد تا سناریوهای «چه می‌شود» مربوط به شیوع COVID-19 در کلاس‌های درس را با پارامترهای مختلف بررسی کنند تا نتیجه را تحت سناریوهای مختلف، مانند کلاس‌های ترکیبی، نرخ‌های فعلی واکسیناسیون، پروتکل‌های پوشش، جامعه مشاهده کنند. سطوح عفونت و سطوح مختلف عفونی بودن ویروس.

بهاسکار کریشناماچاری، یکی از نویسندگان این مطالعه، استاد دانشگاه گفت: «من فکر می‌کنم سخت‌ترین چیز در مورد همه‌گیری یافتن تعادل مناسب است – تنش بین داشتن نوعی عادی بودن برای زندگی‌مان و همچنین حفظ امنیت خود وجود دارد.» مهندسی برق و کامپیوتر و علوم کامپیوتر.

“این مقاله به تفکر روشن‌تر در مورد اینکه چه زمانی می‌توانیم شخصاً، با ماسک یا بدون ماسک عمل کنیم، و زمانی که باید واکسن‌ها را اجباری کنیم، کمک می‌کند. ما بسیاری از این موارد را در دو مورد گذشته احساس کرده‌ایم. سال‌ها، اما این به ما یک فرآیند ملموس‌تر و مبتنی بر داده‌ها را می‌دهد. لازم نیست این یک تصمیم خودسرانه یا سیاسی باشد. این به ما می‌گوید که از نظر علمی، تفاوت‌های ظریفی وجود دارد.”

این مطالعه با عنوان «شبیه‌سازی انتقال کووید-۱۹ در کلاس درس در پردیس دانشگاه» توسط آروین حکمتی، دکترای علوم کامپیوتر انجام شده است. دانشجو؛ میتول لوهر، استاد مهندسی هوافضا و مکانیک؛ باسکار کریشناماچاری، استاد مهندسی برق و کامپیوتر و علوم کامپیوتر؛ و Maja Matarić، استاد علوم کامپیوتر، علوم اعصاب و اطفال.

داده های بسیار دانه بندی شده

این تحقیق به ویژه در روزهای اولیه شیوع بیماری عفونی، زمانی که سیاستگذاران با تصمیم دشوار تعطیلی مدارس روبرو هستند، مرتبط است. محققان با استفاده از شبیه‌سازی گسترش COVID-19 بر اساس داده‌های ناشناس واقعی از یک دانشگاه بزرگ، تأثیر استراتژی‌های مختلف بازگشایی مدارس را پیش‌بینی کردند: تعطیلی کامل، ترکیبی، حضوری؛ واکسینه و واکسینه نشده؛ نقاب زده و بی نقاب

در اولین مطالعه در نوع خود، این مدل داده‌های بسیار دقیقی مانند برنامه کلاس، اندازه کلاس، اشغال، نرخ تهویه، و همچنین میزان و کارایی واکسن و حتی اطلاعات خاص مربوط به تعاملات کلاسی، مانند نقش گفتار و انتقال بیماری در فضای بسته

نتایج نشان داد که بدون واکسیناسیون، جابجایی 90 درصد از کلاس ها به صورت آنلاین می تواند عفونت های جدید را تا 94 درصد کاهش دهد، در حالی که استفاده از ماسک جهانی می تواند عفونت های جدید را تا 72 درصد کاهش دهد.

حکمتی گفت: با استفاده از این ابزار، دانشگاه ها نیازی به اتخاذ این تصمیمات بدون آگاهی ندارند، بلکه می توانند تصمیمات آگاهانه ای را برای سیاست های دانشگاه اتخاذ کنند تا آن را برای دانشجویان، اساتید و کارکنان ایمن نگه دارند. “هیچ چیز لازم نیست با فرضیات ساخته شود؛ ما می توانیم تمام جنبه های این همه گیری را کمیت کنیم و بهترین تصمیم را بگیریم.”

فرصت و مسئولیت

محققان رشته‌های علوم کامپیوتر، مهندسی برق و مهندسی هوافضا برای کار بر روی این مقاله با هم همکاری کردند، که هم در مدل‌سازی کامپیوتری در مقیاس بزرگ و هم در مدل‌سازی انتقال مکانیکی کووید-19 از تخصص خود استفاده می‌کند.

ماتریچ گفت: “به عنوان یک دانشگاه، ما فرصت و مسئولیتی داریم تا جامعه خود را مطالعه کنیم تا بینش هایی را برای اطلاع رسانی به عموم مردم به دست آوریم.”

این پروژه بسیار رضایت‌بخش بود، زیرا همکارانی را از بخش‌های مختلف مدرسه ویتربی گرد هم آورد که تجزیه و تحلیل و مدل‌سازی را امکان‌پذیر کردند، که به نوبه خود بینش‌هایی در مورد سیاست‌های ایمنی برای پردیس‌های دانشگاهی در طول شرایط همه‌گیری ارائه کرد.

برای اطلاع رسانی به مدل، پروفسور لوهر، متخصص در مدل‌سازی پراکندگی هوای داخل ساختمان، مکانیسم‌های انتقال COVID-19 را با در نظر گرفتن همه چیز از اندازه اتاق گرفته تا تعداد افراد حاضر و میزان صحبت آن‌ها تجزیه و تحلیل کرد که همه اینها می‌تواند منجر به تنوع شود. در میزان انتشار ویروس از مربیان و دانش آموزان.

برای مثال، در طول سخنرانی‌ها، مربیان بیشتر از دانش‌آموزان تمایل دارند که صحبت کنند، که می‌تواند بر نرخ انتقال تأثیر بگذارد. حکمتی گفت: ارائه آن حقایق در مدل، آن را در مورد دانشگاه ها و کلاس های درس بسیار سازگار کرد.

در کار آینده، تیم امیدوار است که تحقیقات خود را گسترش دهد تا ابزاری را در بر گیرد که می تواند توسط مدیران پردیس در دانشگاه های بزرگ و محوطه های کاری استفاده شود. به گفته محققان، در حالی که این مدل به طور خاص برای کلاس‌های درس طراحی شده است، بسیاری از جنبه‌های مدولار وجود دارد که می‌توان آن‌ها را به گونه‌ای تغییر داد تا به انواع دیگر محیط‌ها گسترش یابد.

کریشناماچاری که به عنوان مشاور حکمتی نیز خدمت می کند، گفت: «هیچ چیز بیشتر از تأثیر مثبت بر جامعه به ما به عنوان محقق در مهندسی رضایت نمی دهد. “بیشتر ما، زمانی که دانشکده مهندسی را شروع کردیم، این رویا را داشتیم که کارهایی را انجام می دهیم که معنادار است، به دیگران کمک می کند، و من برای آروین بسیار خوشحالم که او روی پروژه ای کار کرده است که در آن می تواند این نوع مثبت را ببیند. تأثیر.”