Inspiration
Einfach mal zu Hause bleiben - das ist das Gebot der Stunde! Um die rasante Ausbreitung von COVID-19 zu verlangsamen sind wir alle dazu angehalten, auf unser Sozialleben größtenteils zu verzichten. Das ist nicht leicht und stößt bei vielen auf Unverständnis, denn die Übertragung des Virus geschieht genauso schnell wie unbemerkt. Unser Ziel war es daher die Ausbreitung von COVID-19 mit Hilfe einer Simulation sichtbar zu machen und den Menschen zu zeigen: Es lohnt sich einfach mal zu Hause zu bleiben!
Wer sind Wir?
Wir sind PuzzleWeb! Wir sind ein interdisziplinäres Team interessierter Studenten aus Jena und kommen aus den Bereichen Medizin, Psychologie, Informatik, Maschinenbau und Mathematik.
Unser Projekt COVID-Sim
Wir haben COVID-Sim erstellt - eine 2D Simulation, welche zeigt wie sich COVID-19 in einer kleinen Stadt ausbreiten kann. Eingebettet haben wir diese auf einer Website (https://wirvsvirus-simulation.herokuapp.com/) auf dem der User neben einer Erläuterung zur Simulation auch nochmal alle wichtigen Informationen zur COVID-19 Krise findet. Das zugehörige Repository ist unter https://gitlab.com/flys1ck/react-wirvsvirus zu finden.
Konzeption von COVID-Sim
COVID-Sim simuliert die typischen Bewegungsmuster in einer kleinen Stadt und zeigt, wie sich COVID-19 über mehrere Tage verbreiten kann. Dabei wird jedes mal zufällig eine neue Stadt generiert. Der Simulationsverlauf stellt den typischen Alltag der Bewohner dar:
Die Stadtbewohner verlassen morgens ihr Haus und suchen verschiedene Orte des öffentlichen Lebens auf (beispielsweise Schulen, den Arbeitsplatz, Kinos, Sportanlagen etc). Abends kehren sie nach Hause zurück. Während der Simulation können die Zuschauer die Veränderung des Gesundheitszustandes (gesund, ansteckend aber noch symptomlos, krank, verstorben) der einzelnen Personen verfolgen. Durch das präferierte Aufhalten an öffentlichen Plätzen infizieren sich nach und nach immer mehr Bewohner. Dabei basiert das Modell auf dem vom Robert-Koch-Institut veröffentlichten Steckbrief des Erreger SARS-CoV-II, hinsichtlich Inkubationszeit, Basisreproduktionsrate und Letalität.
Arbeitsweise und Umsetzung
Im Vorfeld haben wir zunächst die vielen Faktoren die bei der Verbreitung von COVID-19 eine Rolle spielen umfangreich recherchiert. Danach haben wir im Rahmen des Hackathons ein neuartiges stochastisches Modell erstellt, welches die Ausbreitung von COVID-19 beschreibt. Sowohl die dabei verwendeten Parameter als auch die weiterführenden Informationen auf unserer Website basieren auf Daten des Robert-Koch-Instituts und der WHO, da uns die Verwendung zuverlässiger Quellen sehr wichtig war.
Im nächsten Schritt haben wir aufbauend auf unserem Modell einen Python-Prototypen programmiert. Anschließend wurde mit Hilfe von HTML 5 Canvas und Java-Script die eigentliche Simulation COVID-19 erstellt. Zum Schluss wurde diese in eine Webanwendung, basierend auf React und Bootstrap eingebunden.
Ausblick
Wir hatten noch viele weitere tolle Ideen für COVID-Sim, die wir leider in Anbetracht der knappen Hack-Zeit nicht mehr umsetzen konnten. Vor allem möchten wir unsere Simulation mit interaktiven Elementen ausstatten: Dem User soll die Möglichkeit gegeben werden die Anwendung und Intensität verschiedener Schutzmaßnahmen, wie beispielsweise Social Distancing oder das Einhalten der Handhygiene, zu regulieren und deren Konsequenzen beobachten zu können.
Weiterhin möchten wir die Informationen auf der Website um Grafiken erweitern, die aufzeigen wie sich die die Entwicklung von COVID-19 durch Social Distancing verändert. Einige davon sind bereits in der Image Gallery zu finden.
Eine weitere Idee, ist die Entwicklung neuer, adaptiver Schutzmaßnahmen, via optimaler stochastischer Kontrolltheorie. Ziel ist es, zu untersuchen welche Kombination und Intensität von Sicherheitsvorkehrungen für die jeweilige Situation am besten passt. Ein solches Verfahren würde ein perfektes Matching zwischen der momentanen Lage und den erforderlichen Gegenmaßnahmen ermöglichen. Dabei ist das hochkomplexe Zusammenspiel zwischen Eigenschaften des Virus, Größe der Population, Verhalten der Bewohner und vielen anderen Faktoren zu berücksichtigen.
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