为贴合口罩开发的传感器

COVID-19见解

虽然没有简单的方法来佩戴口罩，但麻省理工学院研究人员开发的一种传感器可以让口罩更容易佩戴。

研究人员发明了一种名为可适应多模态传感器口罩(cMaSK)的设备，它可以测量嵌入在柔性聚合物框架中的许多参数，该框架可以可逆地附着在任何口罩的内部，围绕边缘。

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戴口罩有助于防止病毒的传播SARS-CoV-2但口罩的效果取决于它的贴合程度。

目前，还没有简单的方法来测量口罩的贴合度，但是传感器这项由麻省理工学院开发的技术，可以让人们更容易地确保身体的良好契合。这种传感器可以测量口罩和佩戴者面部之间的物理接触，适用于任何种类的口罩。

利用这种传感器，研究人员分析了外科口罩在男性和女性受试者身上的契合度，发现总体而言，口罩与女性面部的契合度远低于男性。

该研究的通讯作者、麻省理工学院媒体艺术与科学LG职业发展教授Canan Dagdeviren说:“通过分析从研究中收集到的个人数据，我们意识到，我们在日常生活中使用的面具不太适合女性参与者。”

研究人员希望他们的传感器能帮助人们找到更适合自己的口罩，设计师也可以用它来设计出更适合各种脸型和尺寸的口罩。该传感器还可用于监测呼吸频率和温度等生命体征，以及湿度等环境条件。

这项研究是Dagdeviren的实验室合作进行的;城市研究与规划系城市与房地产可持续发展STL冠军教授郑思琪;以及麻省理工学院环境、健康和安全项目董事总经理托尔加·杜拉克。Jin-Hoon Kim，麻省理工学院博士后，是这篇论文的第一作者，发表在电子性质。

口罩贴合质量

研究人员在Covid-19大流行期间戴口罩变得普遍之前就开始了这个项目。他们的初衷是在口罩中嵌入传感器，以测量在空气污染严重的地区佩戴口罩的有效性。然而，一旦大流行开始，他们意识到这种传感器可以有更广泛的应用。

在大流行期间，有很多不同种类的口罩可供选择，研究人员认为这种传感器可以帮助人们找到最适合自己的口罩。目前，测量口罩贴合度的唯一方法是使用一种叫做口罩贴合度测试仪的机器，它通过比较口罩内外的空气颗粒浓度来评估口罩贴合度。然而，这种类型的机器只在医院等专业设施中使用，这些设施用它们来评估口罩是否适合医护人员。

麻省理工学院的团队想要创造一种更友好的便携式设备来测量口罩的贴合度。达德维伦的实验室，适形解码器组，专门开发灵活的，可拉伸的电子产品戴在皮肤上或纳入纺织品来检测身体的信号。

Kim说:“在这个项目中，我们想同时监测生物和环境条件，如呼吸方式、皮肤温度、人类活动、口罩内的温度和湿度，以及口罩的位置，包括人们是否正确佩戴。”“我们还想检查合身的质量。”

为了将传感器集成到口罩中，研究人员发明了一种设备，他们称之为可整合多模态传感器口罩(cMaSK)。测量各种参数的传感器嵌入在一个灵活的聚合物框架中，该框架可以可逆地附着在任何面具的内部，围绕边缘。

为了测量贴合度，cMaSK在面具边缘周围有17个传感器，用于测量电容，可以用来确定面具是否在每个位置接触皮肤。

cMaSK接口还具有测量温度、湿度和气压的传感器，可以检测说话和咳嗽等活动。该设备内的加速度计可以显示佩戴者是否在移动。所有的传感器都被嵌入一种被称为聚酰亚胺的生物相容性聚合物中，这种聚合物用于医疗植入物，如支架。

研究人员在五名男性和五名女性中测试了cMaSK接口。所有受试者都戴着外科口罩，研究人员在参与者进行各种活动(如说话、走路和跑步)时监测传感器的读数。他们还在各种温度条件下测试了传感器。

利用电容传感器获得的数据，研究人员创建了一种机器学习算法来计算研究中每个受试者的口罩贴合质量。这些测量结果显示，由于脸型和大小的差异，女性戴口罩的合合度明显比男性差。然而，佩戴较小的外科口罩可以稍微改善女性的健康状况。研究人员还发现，其中一名留胡子的男性受试者的面具贴合度很低，这使得面具和皮肤之间出现了间隙。

为了验证他们的结果，研究人员还与麻省理工学院的环境、健康和安全办公室合作，进行了适合度的设计和评估，并发现每个研究参与者的适合度结果与他们使用cMaSK发现的非常相似。

适合佩戴者的定制口罩

研究人员希望他们的发现能鼓励口罩制造商设计出适合各种脸型和尺寸的口罩，尤其是适合女性脸型的口罩。Dagdeviren的实验室正计划大规模生产和大规模部署cMaSK接口。

达德维伦说:“我们希望思考如何设计口罩，并提出最适合个人的口罩。”“我们有不同尺寸的鞋子，你甚至可以定制你的鞋子。那么，你为什么不能为自己的健康和社会利益定制和设计自己的口罩呢?”

研究人员还希望回到他们最初的想法，研究空气污染对在室外工作的人的影响。

郑说:“我们的技术确实可以帮助量化这些环境危害的社会成本，也可以衡量任何一种政策干预的效益。”

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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