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La maschera facciale dinamica guidata dall'intelligenza artificiale si adatta all'esercizio fisico e ai livelli di inquinamento

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Durante la pandemia di coronavirus, molte persone si sono abituate a indossare maschere per proteggere se stessi e gli altri, ma questo non significa che le maschere sono sempre confortevoli - soprattutto durante l'esercizio. Ora, i ricercatori che segnalano in ACS Nano hanno sviluppato un respiratore dinamico che modula la sua dimensione dei pori in risposta alle condizioni mutevoli, come l'esercizio o i livelli di inquinamento atmosferico, permettendo a chi lo indossa di respirare più facilmente quando i più alti livelli di filtrazione non sono richiesti.

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Le maschere facciali proteggono dalla diffusione del virus che causa il COVID-19, ma sono anche indossate da persone con problemi respiratori per filtrare gli inquinanti nocivi. Tuttavia, in alcune circostanze, alti livelli di filtraggio non sono necessari, come quando i livelli di inquinamento dell'aria sono bassi, o quando qualcuno sta esercitando all'aperto da solo - che è generalmente considerato un'attività a basso rischio per la diffusione del COVID-19. Ma le maschere attuali non possono adattarsi al cambiamento delle condizioni.

Con il tempo, il respiro intrappolato ed espirato può creare sensazioni di calore, umidità, alito cattivo e disagio, soprattutto come più respiro viene espirato durante l'esercizio. Seung Hwan Ko e colleghi volevano fare un respiratore che potesse regolare automaticamente le sue caratteristiche di filtraggio in risposta alle condizioni mutevoli.

I ricercatori hanno sviluppato un filtro dell'aria dinamico con micropori che si espandono quando il filtro viene allungato, permettendo il passaggio di più aria. Un grande aumento della traspirabilità del filtro, che era fatto di nanofibre elettrofilate, è stato ottenuto con solo circa il 6% di perdita di efficienza di filtrazione.

Il team ha poi posizionato una barella intorno al filtro che è stato collegato a un dispositivo leggero e portatile contenente un sensore, una pompa d'aria e un chip microcontrollore. Il dispositivo comunica senza fili con un computer esterno che esegue un software di intelligenza artificiale (AI) che reagisce al particolato nell'aria, così come ai cambiamenti nei modelli respiratori di chi lo indossa durante l'esercizio. Due dei filtri sono stati posizionati su ciascun lato di una maschera facciale e testati su volontari umani. La barella ha correttamente generato un minore aumento della dimensione dei pori quando un volontario ha esercitato in un'atmosfera inquinata rispetto a quando hanno esercitato in aria pulita

In particolare, il software AI permette al respiratore di adattarsi alle caratteristiche respiratorie uniche degli individui, che potrebbe essere utilizzato per sviluppare una maschera facciale personalizzata, dicono i ricercatori.

Per rendere il sistema più piccolo, più leggero e meno ingombrante, la barella potrebbe essere riprogettata per avere un meccanismo senza pompa, aggiungono.

Riferimento: "Dynamic Pore Modulation of Stretchable Electrospun Nanofiber Filter for Adaptive Machine Learned Respiratory Protection" di Jaeho Shin, Seongmin Jeong, Jinmo Kim, Yun Young Choi, Joonhwa Choi, Jae Gun Lee, Seongyoon Kim, Munju Kim, Yoonsoo Rho, Sukjoon Hong, Jung-Il Choi, Costas P. Grigoropoulos e Seung Hwan Ko, 29 settembre 2021, ACS Nano.

DOI: 10.1021/acsnano.1c06204

Gli autori riconoscono il finanziamento della National Research Foundation of Korea.