Un respirador dinámico cambia el tamaño de sus poros en respuesta a las condiciones cambiantes, facilitando la respiración del usuario; El tubo transparente conecta la máscara a un dispositivo portátil que se comunica con una computadora. Crédito: Adaptado de ACS Nano 2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c06204
Durante la pandemia de coronavirus, muchas personas se han acostumbrado a usar máscaras para protegerse a sí mismas y a los demás, pero eso no significa que las máscaras siempre sean cómodas, especialmente al hacer ejercicio. Ahora, los investigadores que informan sobre el ACS Nano han desarrollado un respirador dinámico que modula el tamaño de sus poros en respuesta a condiciones cambiantes, como el ejercicio o los niveles de contaminación del aire, lo que permite al usuario respirar más fácilmente cuando no se necesitan niveles más altos de filtración.
Las mascarillas protegen contra la propagación del virus que causa el COVID-19, pero también las usan las personas con problemas respiratorios para filtrar los contaminantes nocivos. Sin embargo, en algunas circunstancias, los altos niveles de filtración no son necesarios, como cuando los niveles de contaminación del aire son bajos o cuando alguien hace ejercicio solo al aire libre, lo que generalmente se considera una actividad de bajo riesgo para la propagación de COVID-19. Pero las máscaras actuales no pueden adaptarse a las condiciones cambiantes.
Con el tiempo, el aliento exhalado atrapado puede crear sensaciones de calor, humedad, mal aliento e incomodidad, especialmente cuando se exhala más aire durante el ejercicio. Seung Hwan Ko y sus colegas querían hacer 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 se estira el filtro, lo que permite que pase más aire. Se logró un gran aumento en la transpirabilidad del filtro, que estaba hecho de nanofibras electrohiladas, con una pérdida de solo un 6 % en la eficiencia de filtración.
Luego, el equipo colocó una camilla alrededor del filtro que estaba conectado a un dispositivo portátil liviano que contenía un sensor, una bomba de aire y un chip microcontrolador. El dispositivo se comunica de forma inalámbrica con una computadora externa que ejecuta un software de inteligencia artificial (IA) que reacciona a las partículas en el aire, así como a los cambios en los patrones de respiración del usuario durante el ejercicio. Dos de los filtros se colocaron a cada lado de una máscara facial y se probaron en voluntarios humanos. La maca generó correctamente un aumento menor en el tamaño de los poros cuando un voluntario hizo ejercicio en una atmósfera contaminada que cuando hizo ejercicio en aire limpio.
En particular, el software de IA permite que el respirador se adapte a las características de respiración únicas de las personas, que luego se pueden usar para desarrollar una máscara facial personalizada, dicen los investigadores.
Para hacer que el sistema sea más pequeño, liviano y menos engorroso, la camilla eventualmente podría rediseñarse para tener un mecanismo sin bomba, agregan.
Referencia: “Modulación dinámica de poros del filtro elástico de nanofibras para protección respiratoria adaptativa aprendida por 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 reconocen la financiación de la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
