Во время пандемии коронавируса многие люди привыкли носить маски для защиты себя и других, но маски не всегда удобны, особенно во время физических упражнений, поэтому исследователи, работающие в ACS Nano, разработали динамический респиратор, который изменяет размер пор в зависимости от меняющихся условий, таких как физическая нагрузка или уровень загрязнения воздуха, позволяя дышать легче, когда не требуется высокий уровень фильтрации.
Лицевые маски защищают от распространения вируса, вызывающего COVID-19, но их также носят люди с проблемами дыхания, чтобы отфильтровать вредные загрязняющие вещества. Однако в некоторых обстоятельствах высокий уровень фильтрации не нужен, например, при низком уровне загрязнения воздуха или при самостоятельных занятиях спортом на открытом воздухе, что обычно считается деятельностью, не представляющей особого риска для распространения COVID-19.
Существующие маски не могут адаптироваться к меняющимся условиям. Со временем задержка выдыхаемого воздуха может вызвать ощущение жары, влажности, неприятного запаха изо рта и дискомфорта, особенно когда во время физических упражнений выдыхается больше воздуха. Сеунг Хван Ко и его коллеги решили создать респиратор, который мог бы автоматически регулировать свои фильтрационные характеристики в ответ на изменение условий.
Исследователи разработали динамический воздушный фильтр с микропорами, которые расширяются при растяжении фильтра, позволяя большему количеству воздуха проходить через него. Значительное увеличение воздухопроницаемости фильтра, изготовленного из электросплетенных нановолокон, было достигнуто лишь при потере эффективности фильтрации около 6 процентов. Фильтр подключили к легкому портативному устройству, содержащему датчик, воздушный насос и микроконтроллерный чип.
Устройство поддерживает беспроводную связь с внешним компьютером, на котором установлено программное обеспечение с искусственным интеллектом (ИИ), реагирующее на содержание твердых частиц в воздухе, а также на изменения в дыхательных путях пользователя во время физических упражнений.
Два фильтра размещены по обе стороны лицевой маски и протестированы на людях-добровольцах. Оказалось, что при выполнении упражнений в загрязненной атмосфере размер пор у добровольца увеличивался меньше, чем при выполнении упражнений на чистом воздухе. Примечательно, что программное обеспечение с искусственным интеллектом позволяет респиратору адаптироваться к уникальным особенностям дыхания человека, что может быть использовано для разработки персонализированной лицевой маски. Чтобы сделать систему более компактной, легкой и менее громоздкой, носилки со временем можно будет переделать так, чтобы механизм был без насоса.
