Veel mensen dragen in het openbaar maskers om de verspreiding van COVID-19 te vertragen, zoals aanbevolen door de Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Echter, maskers met uitademventielen vertragen de verspreiding van de ziekte niet, en nu, nieuwe video's van het National Institute of Standards and Technology (NIST) laten zien waarom.

de video's, die luchtstroompatronen door maskers met en zonder uitademventielen laten zien, zijn gemaakt door NIST-onderzoeksingenieur Matthew Staymates. De video's zijn gepubliceerd, samen met een bijbehorend onderzoeksartikel, in het journaal Fysica van vloeistoffen .

"Als je de video's naast elkaar vergelijkt, het verschil is opvallend, Staymates zei. "Deze video's laten zien hoe de kleppen lucht het masker laten verlaten zonder het te filteren, die het doel van het masker verslaat."

Uitademventielen, waardoor maskers gemakkelijker door te ademen en comfortabeler zijn, zijn geschikt wanneer het masker bedoeld is om de drager te beschermen. Bijvoorbeeld, maskers met klep kunnen werknemers beschermen tegen stof op een bouwplaats of ziekenhuispersoneel tegen geïnfecteerde patiënten.

De maskers die de CDC aanbeveelt om de verspreiding van COVID te vertragen, echter, zijn vooral bedoeld om andere mensen dan de drager te beschermen. Ze vertragen de verspreiding van de ziekte door uitgeademde druppeltjes op te vangen die het virus kunnen bevatten. Zelfs mensen zonder symptomen moeten maskers dragen, Volgens het CDC, omdat het mogelijk is om besmet te zijn maar geen symptomen te vertonen.

"Ik draag geen masker om mezelf te beschermen. Ik draag het om mijn buurman te beschermen, omdat ik misschien asymptomatisch ben en het virus verspreid zonder het te weten, "Zei Staymates. "Maar als ik een masker draag met een klep erop, Ik help niet."

Staymates is een expert in flowvisualisatietechnieken waarmee hij de beweging van lucht op camera kan vastleggen. Zijn gebruikelijke onderzoek omvat nieuwe technologieën voor het opsporen van explosieven en verdovende middelen op luchthavens en scheepvaartfaciliteiten door sporen van die materialen in de lucht op te sporen. Onlangs richtte hij zijn expertise op maskers om nieuwe manieren te ontwikkelen om hun prestaties te meten en te verbeteren.

Staymates heeft twee video's gemaakt met verschillende technieken voor flowvisualisatie. De eerste video is gemaakt met behulp van een zogenaamd schlieren-beeldvormingssysteem, waardoor verschillen in luchtdichtheid op de camera verschijnen als patronen van schaduw en licht.

Met een schlieren-beeldvormingssysteem, uitgeademde adem wordt zichtbaar omdat het warmer is, en daardoor minder dicht, dan de omringende lucht. Deze video toont alleen de beweging van lucht zelf, niet de beweging van uitgeademde druppeltjes in de lucht. Aan je linker kant, Staymates draagt ​​een N95-ademhalingsmasker met een ventiel, waardoor uitgeademde lucht ongefilterd in de omgeving kan stromen. Aan de rechterkant, er is geen ventiel, en de lucht gaat door het masker, die de meeste druppels filtert.

Staymates maakte de tweede video met behulp van een lichtverstrooiingstechniek.

Voor het tweede filmpje Staymates bouwde een apparaat dat lucht uitstraalt met dezelfde snelheid en hetzelfde tempo als een rustende volwassene, verbond dat apparaat vervolgens met een mannequin. Als vervanging voor uitgeademde druppels, de lucht draagt ​​waterdruppels in verschillende groottes die typerend zijn voor de druppeltjes die mensen in hun adem uitstoten bij het uitademen, praten en hoesten. Een LED-licht met hoge intensiteit achter de mannequin verlicht de druppeltjes in de lucht, waardoor ze het licht verstrooien en helder op de camera verschijnen.

In tegenstelling tot de schlieren-video, deze video toont de beweging van druppeltjes in de lucht. Aan je linker kant, druppeltjes ontsnappen ongefilterd door de klep van een N95-masker. Middenin, er is geen ventiel en er is geen adem zichtbaar omdat het masker de druppeltjes eruit heeft gefilterd. Aan de rechterkant, er wordt geen masker gedragen.

Het gebruik van een mannequin en een mechanisch ademhalingsapparaat stelde Staymates in staat om luchtstroompatronen te observeren terwijl de ademhalingssnelheid constant werd gehouden, luchtdruk en andere variabelen.

In aanvulling, de video's die door lichtverstrooiing worden geproduceerd, kunnen door een computer worden geanalyseerd op een manier die schlierenbeelden niet kunnen. Staymates schreef computercode die het aantal heldere pixels in de video berekende en gebruikte dat om te schatten hoeveel druppeltjes er in de lucht waren. Dit is geen echte maatstaf voor het aantal druppeltjes, omdat tweedimensionale video niet kan vastleggen wat er gebeurt in het volledige driedimensionale luchtvolume. Echter, de resulterende cijfers bieden trends die kunnen worden geanalyseerd om de luchtstroomdynamiek van verschillende soorten maskers beter te begrijpen.

In dit onderzoeksproject werd slechts naar één type masker met klep gekeken; verschillende soorten maskers met ventiel zullen anders presteren. Ook, maskers die niet goed passen, laten wat lucht ontsnappen rond het masker in plaats van er doorheen te filteren. Dit kan ook de prestaties van het masker in gevaar brengen.

Maar het belangrijkste effect van kleppen is zichtbaar in deze video's. Staymates hoopt dat de video's mensen helpen begrijpen - in één oogopslag - waarom maskers die bedoeld zijn om de verspreiding van COVID-19 te vertragen, geen kleppen mogen hebben.