Tijdens de coronapandemie, veel mensen zijn gewend geraakt aan het dragen van gezichtsmaskers om zichzelf en anderen te beschermen, maar dat betekent niet dat de maskers altijd comfortabel zijn, vooral tijdens het sporten. Nutsvoorzieningen, onderzoekers rapporteren in ACS Nano hebben een dynamisch ademhalingstoestel ontwikkeld dat de poriegrootte moduleert in reactie op veranderende omstandigheden, zoals lichaamsbeweging of luchtvervuiling, waardoor de drager gemakkelijker kan ademen wanneer de hoogste niveaus van filtratie niet vereist zijn.

Gezichtsmaskers beschermen tegen de verspreiding van het virus dat COVID-19 veroorzaakt, maar ze worden ook gedragen door mensen met ademhalingsproblemen om schadelijke vervuilende stoffen eruit te filteren. Echter, in sommige omstandigheden, hoge niveaus van filtratie zijn niet nodig, zoals wanneer de luchtverontreinigingsniveaus laag zijn, of wanneer iemand alleen buiten aan het sporten is, wat over het algemeen wordt beschouwd als een activiteit met een laag risico voor de verspreiding van COVID-19. Maar huidige maskers kunnen zich niet aanpassen aan veranderende omstandigheden. Met tijd, de gevangen, uitgeademde adem kan gevoelens van warmte veroorzaken, vochtigheid, slechte adem en ongemak, vooral als er meer adem wordt uitgeademd tijdens het sporten. Seung Hwan Ko en collega's wilden een ademhalingstoestel maken dat automatisch zijn filtratie-eigenschappen kon aanpassen aan veranderende omstandigheden.

De onderzoekers ontwikkelden een dynamisch luchtfilter met microporiën die uitzetten als het filter wordt uitgerekt, waardoor er meer lucht kan passeren. Een grote toename van het ademend vermogen van het filter, die was gemaakt van elektrospun nanovezels, werd bereikt met slechts ongeveer 6% verlies aan filtratie-efficiëntie. Het team plaatste vervolgens een brancard om het filter die was verbonden met een lichtgewicht, draagbaar apparaat met een sensor, luchtpomp en microcontroller-chip.

Het apparaat communiceert draadloos met een externe computer met kunstmatige intelligentie (AI)-software die reageert op fijnstof in de lucht, evenals veranderingen in de ademhalingspatronen van de drager tijdens inspanning. Twee van de filters werden aan elke kant van een gezichtsmasker geplaatst en getest op menselijke vrijwilligers. De brancard genereerde correct een kleinere toename van de poriegrootte wanneer een vrijwilliger in een vervuilde atmosfeer trainde dan wanneer hij in schone lucht trainde.

Opmerkelijk, de AI-software stelt het ademhalingsapparaat in staat zich aan te passen aan de unieke ademhalingskenmerken van individuen, die kunnen worden gebruikt om een ​​gepersonaliseerd gezichtsmasker te ontwikkelen, zeggen de onderzoekers. Om het systeem kleiner te maken, lichter en minder omslachtig, de brancard zou uiteindelijk opnieuw kunnen worden ontworpen om een ​​pompvrij mechanisme te hebben, ze voegen toe.