Ношение маски может помочь предотвратить распространение вирусов, таких как SARS-CoV-2, но эффективность маски зависит от того, насколько хорошо она подходит.

В настоящее время не существует простых способов измерить посадку маски, но новый датчик, разработанный в Массачусетском технологическом институте, может значительно облегчить обеспечение хорошей посадки. Датчик, который измеряет физический контакт между маской и лицом пользователя, может применяться к любой маске.

Используя этот датчик, исследователи проанализировали соответствие хирургических масок мужчинам и женщинам и обнаружили, что в целом маски подходят к женским лицам гораздо хуже, чем к мужским.

«Проанализировав собранные нами данные от участников исследования, мы поняли, что маски, которые мы используем в повседневной жизни, не очень подходят для участников женского пола », — говорит Канан Дагдевирен, профессор LG Career Development в области медиаискусства и науки в Массачусетском технологическом институте. и соответствующий автор исследования.

Исследователи надеются, что их датчик поможет людям найти маски, которые лучше им подходят, и что дизайнеры смогут использовать его для создания масок, которые подходят для более широкого спектра форм и размеров лица. Датчик также можно использовать для мониторинга показателей жизнедеятельности, таких как частота дыхания и температура, а также условий окружающей среды, таких как влажность.

Исследование является результатом сотрудничества лаборатории Дагдевирена; Сици Чжэн, чемпион STL по устойчивому развитию городов и недвижимости Департамента городских исследований и планирования; и Толга Дурак, управляющий директор программ по охране окружающей среды, здоровья и безопасности Массачусетского технологического института. Джин-Хун Ким, постдок Массачусетского технологического института, является ведущим автором статьи, опубликованной сегодня в Nature Electronics.

Качество подгонки

Исследователи начали работать над этим проектом до того, как ношение масок стало обычным явлением во время пандемии COVID-19. Их первоначальное намерение состояло в том, чтобы использовать датчики, встроенные в маски, для измерения эффективности ношения масок в районах с высоким уровнем загрязнения воздуха. Однако с началом пандемии они поняли, что такой датчик может иметь более широкое применение.

Исследователи подумали, что во время пандемии доступно так много разных видов масок, что такой датчик может быть полезен, чтобы помочь людям найти наиболее подходящую маску для них. В настоящее время единственным способом измерения прилегания маски является использование устройства, называемого тестером прилегания маски, которое оценивает прилегание маски, сравнивая концентрации частиц воздуха внутри и снаружи лицевой маски. Однако этот тип машин доступен только в специализированных учреждениях, таких как больницы, которые используют их для оценки соответствия масок медицинским работникам.

Команда Массачусетского технологического института хотела создать более удобное портативное устройство для измерения прилегания маски. Лаборатория Дагдевирена, Conformable Decoders Group, специализируется на разработке гибкой, растяжимой электроники, которую можно носить на коже или встраивать в ткань для обнаружения сигналов от тела.

«В этом проекте мы хотели одновременно отслеживать как биологические условия, так и условия окружающей среды , такие как характер дыхания, температура кожи, деятельность человека, температура и влажность внутри лицевой маски, а также положение маски, в том числе то, правильно ли ее носят люди или нет, — говорит Ким. «Мы также хотели проверить качество посадки».

Чтобы интегрировать свои датчики в лицевые маски, исследователи создали устройство, которое они назвали конформной мультимодальной сенсорной маской для лица (cMaSK). Датчики, измеряющие различные параметры, встроены в гибкую полимерную рамку, которую можно реверсивно прикрепить к внутренней стороне любой маски по краям.

Для измерения прилегания cMaSK имеет 17 датчиков по краю маски, которые измеряют емкость, которую можно использовать для определения того, касается ли маска кожи в каждом из этих мест.

Интерфейс cMaSK также имеет датчики, измеряющие температуру, влажность и давление воздуха, которые могут обнаруживать такие действия, как разговор и кашель. Акселерометр внутри устройства может определить, двигается ли пользователь. Все датчики встроены в биосовместимый полимер под названием полиимид, который используется в медицинских имплантатах, таких как стенты.

Исследователи протестировали интерфейс cMaSK в группе из пяти мужчин и пяти женщин. Все испытуемые были в хирургических масках, и исследователи контролировали показания датчиков, когда участники выполняли различные действия, такие как речь, ходьба и бег. Они также протестировали датчики в различных температурных условиях.

Используя данные, полученные с помощью емкостных датчиков, исследователи создали алгоритм машинного обучения для расчета качества подгонки маски для каждого участника исследования. Эти измерения показали, что маски подходят женщинам значительно хуже, чем мужчинам, из-за гендерных различий в форме и размере лица. Однако посадку для женщин можно немного улучшить, надев хирургические маски меньшего размера. Исследователи также обнаружили, что качество подгонки маски было низким у одного из мужчин, у которого была борода, из-за чего между маской и кожей образовывались промежутки.

Чтобы проверить свои результаты, исследователи также сотрудничали с Управлением по охране окружающей среды, здоровья и безопасности Массачусетского технологического института при разработке и оценке соответствия и обнаружили, что результаты соответствия для каждого участника исследования были очень похожи на результаты, полученные с помощью cMaSK.

Индивидуальная посадка

Исследователи надеются, что их результаты побудят производителей масок разрабатывать маски, которые подходят для различных форм и размеров лица, особенно для женских лиц. Лаборатория Дагдевирена планирует работать над массовым производством и крупномасштабным внедрением интерфейса cMaSK.

«Мы надеемся подумать о способах разработки масок и найти наиболее подходящие для людей», — говорит Дагдевирен. «У нас есть обувь разных размеров, и вы даже можете настроить свою обувь по индивидуальному заказу. Так почему же вы не можете настроить и спроектировать свою маску для собственного здоровья и для пользы общества?»

Исследователи также надеются вернуться к своей первоначальной идее изучения воздействия загрязнения воздуха на людей, работающих на улице.

«Наша технология действительно может помочь в количественной оценке социальных издержек этих опасностей для окружающей среды, а также в измерении преимуществ любого политического вмешательства», — говорит Чжэн.