AI-aangedreven dynamisch gezichtsmasker past zich aan aan lichaamsbeweging, vervuilingsniveaus

Een dynamisch ademhalingstoestel verandert de poriegrootte in reactie op veranderende omstandigheden, waardoor het voor de drager gemakkelijker wordt om te ademen; doorzichtige slang verbindt het masker met een draagbaar apparaat dat communiceert met een computer. Krediet: Aangepast van ACS Nano 2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c06204

Tijdens de coronaviruspandemie zijn veel mensen gewend geraakt aan het dragen van gezichtsmaskers om zichzelf en anderen te beschermen, maar dat betekent niet dat de maskers altijd comfortabel zijn, vooral tijdens het sporten. Nu rapporteren onderzoekers in ACS Nano hebben een dynamisch ademhalingstoestel ontwikkeld dat de poriegrootte moduleert in reactie op veranderende omstandigheden, zoals inspanning of luchtvervuilingsniveaus, waardoor de drager gemakkelijker kan ademen wanneer de hoogste niveaus van filtratie niet vereist zijn.

Gezichtsmaskers beschermen tegen de verspreiding van het virus dat COVID-19 veroorzaakt, maar ze worden ook gedragen door mensen met ademhalingsproblemen om schadelijke vervuilende stoffen eruit te filteren. In sommige omstandigheden zijn hoge niveaus van filtratie echter niet nodig, zoals wanneer de luchtvervuiling laag is of wanneer iemand alleen buitenshuis traint, wat over het algemeen wordt beschouwd als een activiteit met een laag risico voor de verspreiding van COVID-19. Maar huidige maskers kunnen zich niet aanpassen aan veranderende omstandigheden. Na verloop van tijd kan de vastzittende, uitgeademde adem gevoelens van warmte, vochtigheid, slechte adem en ongemak veroorzaken, vooral als meer adem wordt uitgeademd tijdens het sporten. Seung Hwan Ko en collega’s wilden een gasmasker maken dat automatisch zijn filtratie-eigenschappen kon aanpassen aan veranderende omstandigheden.

De onderzoekers ontwikkelden een dynamisch luchtfilter met microporiën die uitzetten als het filter wordt uitgerekt, waardoor er meer lucht door kan. Een grote toename van het ademend vermogen van het filter, dat was gemaakt van elektrospun nanovezels, werd bereikt met slechts ongeveer 6% verlies aan filtratie-efficiëntie. Het team plaatste vervolgens een brancard rond het filter dat was verbonden met een lichtgewicht, draagbaar apparaat met een sensor, luchtpomp en microcontroller-chip.

Het apparaat communiceert draadloos met een externe computer met kunstmatige intelligentie (AI)-software die reageert op fijnstof in de lucht, evenals op veranderingen in de ademhalingspatronen van de drager tijdens inspanning. Twee van de filters werden aan elke kant van een gezichtsmasker geplaatst en getest op menselijke vrijwilligers. De brancard genereerde correct een kleinere toename van de poriegrootte wanneer een vrijwilliger in een vervuilde atmosfeer trainde dan wanneer hij in schone lucht trainde.

Met name stelt de AI-software het ademhalingsapparaat in staat zich aan te passen aan de unieke ademhalingskenmerken van individuen, die kunnen worden gebruikt om een ​​gepersonaliseerd gezichtsmasker te ontwikkelen, aldus de onderzoekers. Om het systeem kleiner, lichter en minder omslachtig te maken, zou de brancard uiteindelijk opnieuw kunnen worden ontworpen om een ​​pompvrij mechanisme te hebben, voegen ze eraan toe.