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La máscara facial dinámica impulsada por la IA se adapta al ejercicio y a los niveles de contaminación

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Durante la pandemia de coronavirus, muchas personas se han acostumbrado a llevar máscaras faciales para protegerse a sí mismas y a los demás, pero eso no significa que las máscaras sean siempre cómodas, especialmente durante el ejercicio. Ahora, los investigadores que publican en ACS Nano han desarrollado un respirador dinámico que modula el tamaño de sus poros en respuesta a las condiciones cambiantes, como el ejercicio o los niveles de contaminación del aire, permitiendo al usuario respirar más fácilmente cuando no se requieren los niveles más altos de filtración.

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Las mascarillas protegen contra la propagación del virus que causa el COVID-19, pero también las llevan las personas con problemas respiratorios para filtrar los contaminantes nocivos. Sin embargo, en algunas circunstancias, no se necesitan altos niveles de filtración, como cuando los niveles de contaminación del aire son bajos, o cuando alguien hace ejercicio al aire libre solo, lo que generalmente se considera una actividad de bajo riesgo de propagación del COVID-19. Pero las mascarillas actuales no pueden ajustarse a las condiciones cambiantes.

Con el tiempo, el aliento atrapado y exhalado puede crear sensaciones de calor, humedad, mal aliento e incomodidad, especialmente cuando se exhala más aliento durante el ejercicio. Seung Hwan Ko y sus colegas querían fabricar un respirador que pudiera ajustar automáticamente sus características de filtración en respuesta a las condiciones cambiantes.

Los investigadores desarrollaron un filtro de aire dinámico con microporos que se expanden cuando el filtro se estira, permitiendo que pase más aire. Se consiguió un gran aumento de la transpirabilidad del filtro, fabricado con nanofibras electrohiladas, con sólo un 6% de pérdida de eficacia de filtración.

A continuación, el equipo colocó una camilla alrededor del filtro que estaba conectada a un dispositivo ligero y portátil que contenía un sensor, una bomba de aire y un chip microcontrolador. El dispositivo se comunica de forma inalámbrica con un ordenador externo que ejecuta un software de inteligencia artificial (IA) que reacciona a las partículas del aire, así como a los cambios en los patrones respiratorios del usuario durante el ejercicio. Se colocaron dos de los filtros a cada lado de una máscara facial y se probaron en voluntarios humanos. La camilla generó correctamente un menor aumento del tamaño de los poros cuando un voluntario se ejercitó en una atmósfera contaminada que cuando lo hizo en aire limpio

En particular, el software de IA permite que la camilla se adapte a las características respiratorias únicas de los individuos, lo que podría utilizarse para desarrollar una máscara facial personalizada, dicen los investigadores.

Para que el sistema sea más pequeño, más ligero y menos engorroso, la camilla podría eventualmente rediseñarse para tener un mecanismo sin bomba, añaden.

Referencia: "Dynamic Pore Modulation of Stretchable Electrospun Nanofiber Filter for Adaptive Machine Learned Respiratory Protection" (Modulación dinámica de los poros del filtro de nanofibras electrospun para la protección respiratoria adaptable aprendida a máquina), por 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 y Seung Hwan Ko, 29 de septiembre de 2021, ACS Nano.

DOI: 10.1021/acsnano.1c06204

Los autores agradecen la financiación de la Fundación Nacional de Investigación de Corea.