Behind the scenes of a contact tracing study

Julie Shah | TEDxMIT

Sydney-Pacific,

it’s a very active community,

and the vast majority of events

center around congregating in groups

and eating shared food.

In March,

the undergraduate dorms de-densified

and then the graduate dorms

relatively soon after.

In Sydney-Pacific,

our new mode of living

required that we not allowed to gather,

and our student life sort of halted.

The spark that became this study

actually originated

from the grad students in the dorm.

They said, “Isn’t there

some type of technology or means

to understand usage of our shared spaces

and risk associated with it?”

I thought it’s a good question,

so I sent a note to two different groups,

one at the Computer Science

and Artificial Intelligence Laboratory

and another in the Media Lab.

I just asked, “Is there something

that we can use that is useful,

actually, like in a dorm?”

And both responded back

immediately and said,

“Not with what we have right now,

but here’s an idea.

Take Bluetooth beacon sources

and install them

in each of the common spaces,

and then we could develop an app

that would receive

that signal on the phone.

From that, you have the potential

to back out distance and proximity

and therefore use of those common spaces.

I just asked a few questions

and had a lot of volunteers overnight.

We had this amazing team

of faculty, grad students,

and professionals at Lincoln Lab.

[Anthony Lapadula –
Researcher, MIT Lincoln Laboratory]

Anthony Lapadula:

So I think everybody

had the same idea at the same time.

Everybody carries a smartphone –

“Oh, what can we use from the smartphone

to measure a distance?”

Bluetooth was kind of

an obvious first guess.

And then the question is,

Can you measure how long

you’ve been close to someone,

and how close have you been

to that person?

I don’t think anyone knew at the beginning

how hard it was going to be.

Bluetooth was not designed for this.

If you just stand close

to a Bluetooth beacon with your phone

and watch the signal strength,

it tends to bounce around quite a bit.

Their reflections are across the wall;

there’s multi-source;

there’s all kinds of problems.

One of the biggest things

that degrades signal strength

is the human body.

What really excites me about this project

is the possibility of collecting

lots of Bluetooth data

to help us build a good mapping

between signal strength and proximity.

But we already had a calibration protocol

for people to collect data

in a structured way;

however, it was probably a couple hours

to actually run the entire protocol.

There was no way that

we would get people to volunteer,

so we came up with a very streamlined

calibration protocol.

You should be able to run

through one of these in about 60 seconds.

The joke I always make is,

“You’re in the kitchen.

You just put your burrito

in the microwave.

You have a couple of minutes.

Go ahead and do a couple of calibrations.”

Abhishek Singh:

So I’ve been working

mostly around the app development.

It really gets tricky

running these Bluetooth apps

because the Google

and iOS operating systems

are really stringent about Bluetooth code

running in the background,

so it requires some fiddling around

and some rigorous testing.

So with iOS,

whenever the app

goes to a background state,

the iOS operating system

makes it in a sleep mode.

The app is – although running

in background –

it’s not really doing anything,

and it’s not really trivial

to wake up this app

and make sure that it keeps recording

the Bluetooth data and keep sending it.

In Android, we can do this

for every minute,

but there is some trade-off

with battery usage.

It looks like 15 minute

is like sort of a sweet spot,

where the app can wake up

and listen to the chirps

and then again go to sleep.

Daniel Ribeirinha-Braga:

The tricky part is those sensors.

You could have an Android phone

that is five or six years old;

however, your phone does not have

a gyroscope or a barometer,

so we have to be able

to create a data model

so that even if you don’t have

that information,

our backend server can still ingest that

and do something

with the remaining information.

So being able to test

those cases is critical.

We’d just run a bunch

of emulators on our computers,

but that’s completely different

because a barometer and a gyroscope

don’t exist in a virtual machine.

In a computer, you need a physical device.

We all did a bunch of testing on the app.

Some people have old iOS phones,

some people have

different Android phones.

That’s how we go through it.

Everyone tested on their phone.

We reported a bunch of bugs.

But there was a solid

two- or three-week period

where we were constantly

getting a list of tasks

and it’d be like,

“I saw this issue and that issue,”

but little by little,

we were able to really make some progress

to solidify the application.

Christopher Fourie:

So phones have complications.

Our tile-based solution is far simpler.

You have constant transmission power

because you no longer have to worry

about different device platforms.

It doesn’t require user inputs,

because you can just attach it

to your keys and forget about it.

So the entire solution is a lot simpler

and as a result, a lot more robust.

The device will constantly emit chirps.

We’ll record those chirps

using an external architecture,

and you can then figure out

which people were

in close proximity to each other.

So the tile solution allows us

to directly compare

the additional consequences

of using a phone-based environment

as opposed to something

that’s a little bit different.

Ilaria Liccardi:

As a privacy researcher,

sometimes I try to think

of the worst case scenarios.

Sometimes I cannot even predict

what that will be,

because there are so many things

that could go wrong.

Especially some of the contact traces app

have leaked their entire email addresses.

So the fact that we’re using an ID

that only a few people have access to

and the fact that we are not

using location,

that was something

that we had discussed at length

because removing this kind of information

makes it more difficult,

but it does make

people’s identity more secure,

and we actually found

a good balance as a result.

We could have gone even further.

But with the balance that we strike,

I think it was good enough.

Sarah Chung:

This whole process

is for the students, right?

I mean, there are research goals,

but part of it is

to benefit MIT campus in general,

and then much of it is by students

because they’re the boots on the ground.

They’re not only the boots on the ground

to set up all the infrastructure,

but they’re also the ones

who have to volunteer their own data

and download this app.

Without these student volunteers

advocating in the dorm,

this wouldn’t happen.

Without installers, this wouldn’t happen.

Without students registering,

this wouldn’t happen.

And then even after they register,

without them calibrating like,

also, it will not happen.

However, volunteers really

need to be invested in too.

They have to feel like

they’re getting something out of it.

And a lot of my thinking

has gone into how do we make this

more efficient and less work for them

so that they can enjoy

benefits with less cost

and they do what we hope

that they will do.

We shall see, right?

Because we’re just at the cusp

of rolling out Eastgate and Ashdown,

and we shall see.

Geeticka Chauhan:

As I talk with my officers

about different policies

we want to implement

or different events we want to run,

having the knowledge

that the contact tracing study

is going on in parallel

is very helpful,

and the officers that I’m involved with

are quite excited.

A lot of the questions

that other dorm presidents had

were primarily privacy concerns

and how the information

of the student would be kept

and how this information

would be used by MIT Medical.

Another thing that the dorm presidents

were really excited about –

they were thinking,

“Yeah, this is a really good thing

to start in the dorms,

but they were also asking Julie

if she’d be willing

to deploy this in the labs.

Przemyslaw Lasota:

The main objective

of the scientific protocol

was to evaluate

how digital contact tracing

would compare to manual contact tracing,

and we had three

secondary objectives in this study.

The first one was

understanding the trade-offs

between more privacy preserving

and less privacy preserving

digital contract tracing methods;

also, contributing calibration data

to help other researchers

understand the relationship

between Bluetooth

signal strength and distance;

and finally, trying to understand

user acceptance of different

digital contact tracing methods.

JS: I still am amazed where at the point,

we are just about ready

to launch the study at full scale

because the team that came together

was a set of people who had

literally never worked together,

and now we’re co-developing

software, hardware virtually.

And it’s been a dream team.

The complexity and scale

was surprising to me,

but you wouldn’t know it

based on how this has come together

in the course of six weeks

to two months.

We’re currently rolling out

to three of the graduate dorms,

but then three of the undergrad dorms,

as sort of a pilot or a test

of what we might be able

to do more broadly

when undergrads return

at a higher level in September.

The hope is that we can help

keep our community safer

through the fall reopening

and also provide valuable knowledge

on how digital

contact tracing technologies

can be used more broadly beyond MIT.

Nos bastidores de um estudo sobre rastreamento de contato

Julie Shah | TEDxMIT

A comunidade de Sydney-Pacific

é bastante ativa,

e a grande maioria dos eventos

gira em torno das reuniões de grupos

e refeições compartilhadas.

Em março,

os dormitórios da graduação esvaziaram,

e, logo depois, os da pós-graduação.

Na Sydney-Pacific,

a mudança nas normas de convivência

não mais permitia que nos reuníssemos e, com isso,

as socializações entre os estudantes praticamente cessaram.

A ideia que deu origem a esse estudo

partiu, na verdade, dos alunos de pós-graduação do dormitório.

Eles perguntaram: “Não há algum tipo de tecnologia ou recurso disponível

que nos permita compreender

a dinâmica de utilização dos espaços compartilhados

e o risco associado a eles?”

Achei uma ótima pergunta.

Então, enviei uma mensagem para dois grupos diferentes:

uma para o Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial

e outra para o Laboratório de Mídia.

A pergunta foi: “Haveria alguma ferramenta capaz

de realizar essa tarefa

em um local como um dormitório?”

Os dois responderam imediatamente e disseram:

“Não com o que temos agora,

mas aqui vai uma sugestão:

Providencie dispositivos de localização beacon Bluetooth

e instale-os em todas as áreas comuns.

Então, poderíamos desenvolver um aplicativo

que captaria aquele sinal pelo celular,

nos possibilitando calcular distância e proximidade

e, portanto, a utilização das áreas compartilhadas.”

Fiz apenas algumas perguntas,

e consegui diversos voluntários da noite para o dia.

Reunimos essa equipe incrível

de professores, alunos de pós-graduação,

e profissionais do Laboratório Lincoln.

[Anthony Lapadula –
Pesquisador, Laboratório Lincoln – MIT]

Anthony Lapadula:

Acredito que todos tiveram

a mesma ideia ao mesmo tempo.

Todos possuem um smartphone.

“Então, o que podemos usar para calcular

uma distância a partir do smartphone?”

O Bluetooth foi, obviamente, o primeiro palpite.

A pergunta que se seguiu foi:

Seria possível medir

quanto tempo você ficou perto de alguém,

e a que distância você esteve dessa pessoa?

Não acredito que alguém tivesse ideia

do quão difícil esse trabalho viria a ser.

O Bluetooth não foi projetado para isso.

Se você ficar próximo a um beacon Bluetooth

com o seu celular

e observar a intensidade do sinal,

perceberá que ele oscila um bocado.

Os reflexos atravessam a parede;

há múltiplas fontes;

existe todo o tipo de problema.

Um dos principais responsáveis

pela degradação da intensidade do sinal

é o corpo humano.

O que realmente me empolga neste projeto

é a possibilidade de coletar

uma grande quantidade de dados Bluetooth

que nos ajudará a fazer um mapeamento

entre intensidade do sinal e proximidade.

Já tínhamos um protocolo de calibração

para a coleta de dados de forma organizada.

No entanto, demorou algumas horas

para executar o protocolo por inteiro.

Não havia maneira de conseguirmos voluntários.

Então, criamos um protocolo de calibração bastante simplificado,

que deveria levar cerca de 60 segundos

para ser executado.

A piada que sempre faço é:

“Você está na cozinha

e acabou de colocar seu burrito no microondas.

Você tem alguns minutos.

Vá em frente e faça algumas calibrações.”

Abhishek Singh:

Tenho trabalhado, principalmente,

no desenvolvimento do aplicativo.

Às vezes fica complicado executar esses aplicativos Bluetooth

porque os sistemas operacionais Google e iOS

têm regras bastante estritas

para a execução em segundo plano do código Bluetooth.

Em vista disso, seria necessário alguns ajustes

e análises rigorosas.

Com o iOS,

sempre que o aplicativo vai para o segundo plano,

o sistema operacional iOS o coloca em modo de espera.

Embora rodando em segundo plano, o aplicativo não está

realmente ativo,

e não é nada simples reativá-lo

e ter certeza de que continua gravando

e enviando os dados Bluetooth.

Já com o Android, podemos fazer isso minuto a minuto.

No entanto, há uma desvantagem

relativa ao limite de uso da bateria.

Parece que 15 minutos é, digamos,

o tempo médio ideal:

o aplicativo pode acordar, escutar os sinais

e voltar a dormir.

Daniel Ribeirinha-Braga:

Os sensores são a parte complicada.

Você poderia ter um Android

que tem cinco ou seis anos.

Entretanto, seu celular não tem

um giroscópio ou um barômetro.

Então, temos de ser capazes de criar

um modelo de banco de dados

tal que, mesmo que você não tenha aquela informação,

nosso servidor back-end ainda seja capaz de ingerir

e fazer algo com as demais informações.

Ter a oportunidade de testar esses casos foi fundamental.

Tínhamos acabado de rodar

diversos emuladores em nossos computadores,

mas isso é completamente diferente

porque não existem barômetros

e giroscópios em máquinas virtuais.

No computador,

você precisa de um dispositivo físico.

Fizemos vários testes com o aplicativo.

Algumas pessoas têm os telefones iOS antigos,

e, outras, telefones Android diferentes.

Então fizemos assim.

Todos testaram em seus próprios telefones.

Listamos vários erros.

Mas houve um período,

de duas ou três semanas,

em que recebíamos, continuamente,

listas de tarefas

e era tipo: “Eu vi esse e aquele problema”.

Mas, pouco a pouco,

fomos capazes de fazer algum progresso

e aprimorar o aplicativo.

Christopher Fourie:

Os celulares têm sua complicações.

Nossa solução baseada em tiles

é muito mais simples.

Você conta com uma potência de transmissão constante

porque você não precisa mais se preocupar

com diferentes plataformas de dispositivos.

Não requer entradas de usuário;

você pode apenas colocá-lo

junto às suas chaves e esquecê-lo.

Portanto, a solução é muito mais simples e, por isso,

muito mais consistente.

O dispositivo emitirá sinais constantemente.

Gravaremos esses sinais

usando um equipamento externo,

e poderemos então descobrir

quais pessoas estavam próximas umas das outras.

Portanto, a solução baseada em tiles nos permite

comparar diretamente os impactos adicionais

da utilização do telefone celular como padrão,

ao invés de algo diverso.

Ilaria Liccardi:

Como pesquisadora de privacidade,

às vezes eu tento imaginar

o pior cenário possível.

Às vezes eu sequer consigo prever

o que poderia vir a ser,

porque há muitas coisas

que podem dar errado.

Além do mais, alguns dos aplicativos

de rastreamento de contato

vazaram, absolutamente,

todos os endereços de e-mail.

Portanto, o fato de estarmos usando

uma identificação a que apenas algumas pessoas têm acesso,

e de não estarmos utilizando a localização,

foi algo amplamente discutido.

Acontece que, remover esse tipo de informação

torna tudo mais difícil.

Entretanto, protege de modo mais eficaz

a identidade dos usuários.

No final das contas,

conseguimos encontrar um meio-termo.

Poderíamos ter ido ainda mais longe.

Mas a solução a que chegamos,

acredito ter sido bastante satisfatória.

Sarah Chung:

O processo inteiro

é para beneficiar os alunos, certo?

Quer dizer, a investigação tem seus objetivos,

mas parte disso

é para beneficiar o campus do MIT em geral,

e muito disso foi realizado pelos alunos;

foram eles que colocaram mãos à obra.

Eles não só se empenharam

em preparar toda a infraestrutura,

mas também foram eles

que se voluntariaram

para disponibilizar seus dados pessoais

e baixar o aplicativo.

Sem esses estudantes voluntários

advogando a causa do dormitório,

esse estudo não teria sido possível.

Sem os estudantes que instalaram o app,

isso não teria sido possível.

Sem os estudantes que se registraram,

isso não teria sido possível.

E, então, mesmo depois de se registrarem,

se não tivessem realizado as calibrações,

isso, também, não teria sido possível.

Entretanto, os voluntários têm de sentir

que de fato fazem parte.

Eles têm de sentir

que vão tirar proveito disso.

Tenho dedicado um tempo considerável

refletindo sobre como podemos tornar isso mais eficiente

e menos trabalhoso para os estudantes.

Assim, eles poderão obter mais benefícios

com menos custos,

aumentando a possibilidade

de um maior engajamento.

Veremos o que acontece, certo?

Estamos a ponto de implementá-lo

nos dormitórios de Eastgate e Ashdown,

e veremos o que acontece.

Geeticka Chauhan:

Discutir com meus colegas

sobre as diferentes políticas que queremos implementar,

ou os diferentes eventos que queremos realizar,

sabendo que os estudos de rastreamento de contato

estão correndo em paralelo,

ajuda bastante,

e os colegas com as quais troco informações

estão bastante animados.

Boa parte das perguntas

que outros administradores de dormitório fizeram

diziam respeito, principalmente, à questões de privacidade,

e como as informações dos estudantes seriam armazenadas

ou de que forma seriam utilizadas pelo MIT Medical.

Os administradores dos dormitórios

também estavam bastante animados com outra coisa.

Eles pensaram:

“Sim, muito legal que se inicie pelos dormitórios”,

mas eles também perguntaram à Julie

se ela estaria disposta a implantá-lo nos laboratórios.

Przemyslaw Lasota:

O objetivo principal do protocolo científico foi avaliar

até que ponto o rastreamento de contato digital

podia ser comparado

ao rastreamento de contato manual.

E tínhamos três objetivos secundários neste estudo.

O primeiro era o de compreender as vantagens e desvantagens

entre métodos de rastreamento de contato digital

que oferecem maior ou menor preservação de privacidade.

O segundo, era o de contribuir com dados de calibração

para ajudar outros pesquisadores

a entender o relacionamento

entre intensidade do sinal Bluetooth e distância;

e, finalmente, tentar compreender

a receptividade dos usuários de diferentes métodos

de rastreamento de contato digital.

JS: Ainda estou surpresa

por estarmos quase lá, estamos quase prontos

para lançar o estudo em larga escala.

O time que reunimos

era um grupo de pessoas que jamais havia trabalhado junto.

E, agora, estamos co-desenvolvendo software, hardware virtualmente.

É o time dos sonhos.

A complexidade e a escala desse trabalho surpreendeu-me;

mas não se teria condições de saber isso,

levando-se em consideração como tudo aconteceu,

no decorrer de seis semanas a dois meses.

No momento, foi disponibilizado

em três dos dormitórios da pós-graduação,

e em três dos dormitórios de graduação,

como uma espécie de teste-piloto

que demonstrará o que podemos ser capazes de fazer,

em uma escala mais ampla,

quando os estudantes de graduação retornarem em setembro.

A esperança é a de que possamos ajudar a manter

nossa comunidade mais segura

no reinício do período letivo em setembro,

e também fornecer conhecimentos valiosos

sobre como as tecnologias

de rastreamento de contato digital

podem ser utilizadas com propósitos diversos,

não restritos aos do MIT.