工程师开发用于口罩的传感器 以帮助测量贴合度

目前，没有简单的方法来测量口罩的贴合度，但麻省理工学院开发的一种新型传感器可以更容易地确保良好的贴合度。该传感器测量口罩与佩戴者面部之间的物理接触，可应用于任何类型的口罩。

使用这种传感器，研究人员分析了外科口罩对男性和女性受试者的贴合度，发现总体而言，口罩与女性脸部的贴合度远低于与男性面部的贴合度。

“我们通过分析从研究中收集的数据意识到，我们在日常生活中使用的口罩不太适合女性参与者，”麻省理工学院媒体艺术与科学LG职业发展教授Canan Dagdeviren说。

研究人员希望他们的传感器能够帮助人们找到更适合他们的口罩，设计师可以使用它来制造适合更多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实验室之间的合作;李德义城市与规划系城市与房地产可持续发展冠军教授郑思琪;以及麻省理工学院环境、健康和安全项目常务董事托尔加·杜拉克。麻省理工学院博士后Jin-Hoon Kim是该论文的主要作者，发表在Nature Electronics上。

贴合质量

在 Covid-19 大流行期间戴口罩变得普遍之前，研究人员就开始研究这个项目。他们最初的意图是使用嵌入口罩的传感器来衡量在空气污染严重的地区戴口罩的有效性。然而，他们意识到，一旦大流行开始，这种传感器可能会有更广泛的应用。

在大流行期间有这么多不同种类的口罩可供选择，研究人员认为这种传感器可能有助于帮助个人找到最适合他们的口罩。目前，测量口罩贴合度的唯一方法是使用称为面罩适合性测试仪的机器，该机器通过比较面罩内外的空气颗粒浓度来评估面罩贴合度。但是，这种类型的机器仅在医院等专业设施中可用，这些设施使用它们来评估适合医护人员的口罩。

麻省理工学院的团队希望创建一种更加用户友好的便携式设备来测量口罩贴合度。Dagdeviren的实验室Conformable Decoders小组专门开发柔性，可拉伸的电子设备，可以戴在皮肤上或结合到纺织品中以检测来自身体的信号。

“在这个项目中，我们希望同时监测生物和环境条件，例如呼吸模式、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口罩，”Kim说。“我们还想检查合身质量。”

为了将他们的传感器集成到面罩中，研究人员创造了一种设备，他们称之为顺应性多模态传感器面罩(cMaSK)。测量各种参数的传感器嵌入在一个柔性聚合物框架中，该框架可以可逆地连接到任何掩模的内部，围绕边缘。

为了测量贴合度，cMaSK在面罩边缘有17个传感器，用于测量电容，可用于确定面罩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。设备内的加速度计可以显示佩戴者是否四处走动。所有传感器都嵌入到称为聚酰亚胺的生物相容性聚合物中，用于支架等医疗植入物。

研究人员在一组五名男性和五名女性中测试了cMaSK界面。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，研究人员创建了一个机器学习算法来计算研究中每个受试者的掩模贴合质量。这些测量表明，由于脸型和大小的差异，女性的面膜贴合度明显低于男性。但是，通过佩戴较小的外科口罩，可以稍微改善女性的合身性。研究人员还发现，其中一名留着胡须的男性受试者的面具贴合质量很低，在面具和皮肤之间产生了间隙。

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设计和评估拟合度，发现每个研究参与者的拟合结果与他们使用cMaSK发现的结果非常相似。

定制贴合度

研究人员希望他们的发现将鼓励口罩制造商设计适合各种脸型和大小的口罩，尤其是女性的脸。Dagdeviren的实验室正计划进行cMaSK接口的批量生产和大规模部署。

“我们希望考虑设计口罩的方法，并提出最适合个人的口罩，”Dagdeviren说。“我们有不同的鞋码，你可以定制你的鞋子。那么，为什么你不能为了自己的健康和社会利益而定制和设计你的口罩呢?

研究人员还希望回到他们最初的想法，研究空气污染对户外工作的人的影响。

“我们的技术确实可以帮助量化这些环境危害的社会成本，并衡量任何形式的政策干预的收益，”郑说。

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