آیا ماسک شما به اندازه کافی از آلودگی محافظت می‌کند؟
ماسکها هوشمند می‌شوند
در مقابل حجم گسترده مصرف ماسک، یکی از سؤالات کلیدی این است که تا چه میزان ماسکها قادر به محافظت فرد در مقابل آلودگی هستند؟ موضوعی که جرقه یک اختراع شده است.یکی از تأثیرات کلان بیماری کرونا توجه به حفاظت فرد در مقابل بیماری‌‌های مسری و عفونی بود. این موضوع این بار به‌دلیل قدرت ویروسی که آدم‌‌ها را از پا در می‌آورد به‌صورت جدی در زندگی روزمره جا خوش کرد و مصرف ماسک متداول شد. هرچند ماسکهایی که کادر درمان استفاده می کند با عموم مردم متفاوت است، این سؤال به وجود می‌آید که ماسکهایی که به‌صورت گسترده مصرف می‌شود و خود آلودگی قابل توجهی در محیط زیست رقم می‌زند، تا چه حد قادر است فرد را در مقابل دریافت ویروس و انواع آلودگی‌‌ها حفاظت کند؟ و آیا پوشیدن آن فایده‌ای هم دارد یا نه؟موضوعی که گروهی از دانشمندان ام آی تی را بر آن داشت که ماسکها را مطالعه، مزایا ومعایب آن را سنجش و درنهایت به حسگر‌‌هایی مجهز کنند که قادر است تناسب و کارایی خود را اندازه بگیرد.
زنان بیش از مردان در معرض آلودگی
گزارشی که از این تیم پژوهشی منتشر شده نشان می‌دهد که تاکنون برخی باورها در مورد کارایی قطعی ماسک درست نبوده و همچنان بنا به کیفیت ماسک ممکن است برخی افراد آلودگی را از محیط دریافت کنند. اما یک مصرف‌کننده چگونه قادر به تشخیص کارایی ماسک است و چگونه می‌تواند مشخص سازد که ماسکی که استفاده می‌کند برای او مناسب است؟
این گروه معتقد است استفاده از ماسک می‌تواند به جلوگیری از انتشار ویروس‌هایی مانند کووید کمک کند، اما اثربخشی ماسک به میزان مناسب بودن آن بستگی دارد.
در حال حاضر، هیچ راه ساده‌ای برای اندازه‌گیری تناسب ماسک وجود ندارد، اما حسگر جدیدی که در MIT توسعه یافته است، می‌تواند اطمینان از تناسب خوب را بسیار آسان‌تر کند. سنسوری که تماس فیزیکی بین ماسک و صورت استفاده کننده را اندازه‌گیری می‌کند و می‌تواند روی هر نوع ماسکی اعمال شود.
محققان با استفاده از این حسگر، تناسب ماسک‌های جراحی را روی افراد مرد و زن مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند و دریافتند که در مجموع، این ماسکها با صورت زنان بسیار کمتر از صورت مردان تناسب دارد.
داگدویرن پروفسور هنر و علوم رسانه‌ایMIT می‌گوید: «آنچه ما با تجزیه و تحلیل داده‌های جمع‌آوری شده از افراد در مطالعه متوجه شدیم این بود که ماسکهایی که در زندگی روزمره استفاده می‌کنیم برای شرکت کنندگان زن چندان مناسب نیستند.»
محققان امیدوار بودند که حسگر آنها به افراد کمک کند تا ماسکهایی را پیدا کنند که مناسب‌تر باشد و طراحان بتوانند از آن برای ایجاد ماسکهایی استفاده کنند که متناسب با انواع شکل‌ها و اندازه‌های صورت باشد. در نهایت سنسوری در ماسکها تعبیه شد که می‌تواند برای نظارت بر علائم حیاتی مانند سرعت تنفس و دما و همچنین شرایط محیطی مانند رطوبت مورد استفاده قرار گیرد.
محققان کار روی این پروژه را قبل از رواج پوشیدن ماسک در طول همه‌گیری کووید19 آغاز کردند. هدف اصلی آنها استفاده از حسگرهای تعبیه شده در ماسکها برای اندازه‌گیری اثربخشی استفاده از ماسک در مناطق با سطوح بالای آلودگی هوا بود. با این حال، هنگامی که همه‌گیری شروع شد، آنها متوجه شدند که چنین حسگری می‌تواند کاربردهای گسترده‌تری داشته باشد.
با وجود انواع مختلفی از ماسک‌های موجود در طول همه‌گیری، محققان فکر کردند که این نوع حسگر می‌تواند برای کمک به افراد در یافتن بهترین ماسک برای خود مفید باشد. در حال حاضر تنها راه برای اندازه‌گیری تناسب ماسک استفاده از دستگاهی به نام ماسک فیت‌تستر است که تناسب ماسک را با مقایسه غلظت ذرات هوا در داخل و خارج ماسک ارزیابی می‌کند. با این حال، این نوع ماشین فقط در مراکز تخصصی مانند بیمارستان‌ها موجود است که از آنها برای ارزیابی مناسب بودن ماسک برای کارکنان مراقبت‌های بهداشتی استفاده می‌کنند.
الگوی تنفس مصرف‌کننده
توسط ماسک اندازه‌گیری می‌شود
تیم MIT می‌خواست یک دستگاه کاربرپسندتر و قابل حمل برای اندازه‌گیری تناسب ماسک ایجاد کند. در این پروژه شرایط زیست‌شناختی و محیطی مانند الگوی تنفس، دمای پوست، فعالیت‌های انسانی، دما و رطوبت داخل ماسک و موقعیت ماسک، از جمله اینکه آیا افراد به‌درستی از آن استفاده می‌کنند یا خیر به طور همزمان بررسی شده است.
محققان برای ادغام حسگرهای خود در ماسک‌های صورت، دستگاهی ساختند که آن را ماسک صورت سنسور چندوجهی سازگار (cMaSK) می‌نامند. سنسورهایی که پارامترهای مختلفی را اندازه‌گیری می‌کنند در یک قاب پلیمری انعطاف پذیر تعبیه شده‌اند که می‌تواند به طور برگشت‌پذیر به داخل هر ماسکی در اطراف لبه‌ها متصل شود.
برای اندازه‌گیری تناسب، cMaSK دارای 17 حسگر در اطراف لبه ماسک است که ظرفیت خازنی را اندازه‌گیری می‌کند، که می‌توان برای تعیین اینکه آیا ماسک در هر یک از آن مکان‌ها پوست را لمس می‌کند یا خیر، استفاده کرد.
رابط cMaSK همچنین دارای سنسورهایی است که دما، رطوبت و فشار هوا را اندازه‌گیری می‌کند که می‌تواند فعالیت‌هایی مانند صحبت کردن و سرفه را تشخیص دهد. شتاب‌سنج داخل دستگاه می‌تواند نشان دهد که پوشنده در حال حرکت است یا خیر. همه حسگرها در یک پلیمر زیست سازگار به نام پلی ایمید تعبیه شده‌اند که در ایمپلنت‌های پزشکی مانند استنت استفاده می‌شود.
محققان رابط cMaSK را در یک گروه پنج مرد و پنج زن آزمایش کرده‌اند. همه آزمودنی‌ها از ماسک‌های جراحی استفاده می‌کردند و محققان خوانش‌های حسگرها را در حالی که شرکت‌کنندگان فعالیت‌های مختلفی مانند صحبت کردن، راه رفتن و دویدن انجام می‌دادند، زیر نظر گرفتند. آنها همچنین سنسورها را در شرایط دمایی مختلف آزمایش کردند.
مانند کفش‌‌ها، ماسکها شماره‌بندی می‌شوند
با استفاده از داده‌های به‌دست‌آمده توسط حسگرهای خازنی، محققان یک الگوریتم یادگیری ماشینی برای محاسبه کیفیت تناسب ماسک برای هر موضوع در مطالعه ایجاد کردند. این اندازه‌گیری‌ها نشان داد که تناسب ماسک برای زنان به طور قابل توجهی بدتر از مردان است، به‌دلیل تفاوت در شکل و اندازه صورت. با این حال، تناسب اندام برای زنان را می‌توان با پوشیدن ماسک‌های جراحی کوچکتر بهبود بخشید. محققان همچنین دریافتند که کیفیت مناسب ماسک برای یکی از آزمودنی‌های مرد که ریش داشت پایین بود که باعث ایجاد شکاف بین ماسک و پوست شد.
محققان امیدوارند که یافته‌های آنها تولیدکنندگان ماسک را تشویق کند تا ماسکهایی را طراحی کنند که متناسب با اشکال و اندازه‌های مختلف صورت، بویژه صورت زنان باشد. آزمایشگاه داگدویرن در حال برنامه‌ریزی برای تولید انبوه و استقرار در مقیاس بزرگ رابط cMaSK است.
داگدویرن می‌گوید: «امیدواریم به راه‌هایی برای طراحی ماسکها فکر کنیم و بهترین محصول را برای افراد پیدا کنیم. ما سایزهای مختلفی برای کفش داریم و حتی می‌توانید کفش‌های خود را سفارشی کنید. پس چرا نمی‌توانید ماسک خود را برای سلامتی خود و برای منافع اجتماعی شخصی‌سازی و طراحی کنید؟»
محققان همچنین امیدوارند که به ایده اولیه خود برای مطالعه اثرات آلودگی هوا بر افرادی که در خارج از خانه کار می‌کنند، بازگردند.
