Många människor bär masker offentligt för att bromsa spridningen av COVID-19, enligt rekommendationer från Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Dock, masker med utandningsventiler bromsar inte sjukdomsutbredningen, och nu, nya videor från National Institute of Standards and Technology (NIST) visar varför.

Videorna, som visar luftflödesmönster genom masker med och utan utandningsventiler, skapades av NIST -forskningsingenjör Matthew Staymates. Videorna publicerades, tillsammans med en medföljande forskningsartikel, i tidningen Vätskans fysik .

"När du jämför videor sida vid sida, skillnaden är slående, "Staymates said." Dessa videor visar hur ventilerna tillåter luft att lämna masken utan att filtrera den, som besegrar maskens syfte. "

Utandningsventiler, som gör masker lättare att andas igenom och bekvämare, är lämpliga när masken är avsedd att skydda bäraren. Till exempel, ventilerade masker kan skydda arbetare från damm på en byggarbetsplats eller sjukhusarbetare från infekterade patienter.

Maskerna som CDC rekommenderar för att bromsa spridningen av COVID, dock, är främst avsedda att skydda andra än bäraren. De bromsar spridningen av sjukdomen genom att fånga utandade droppar som kan innehålla viruset. Även personer utan symptom bör bära masker, Enligt CDC, eftersom det är möjligt att bli smittad men inte visa symptom.

"Jag bär ingen mask för att skydda mig. Jag bär den för att skydda min granne, eftersom jag kan vara asymptomatisk och sprida viruset utan att ens veta det, "Staymates sa." Men om jag har på mig en mask med en ventil på, Jag hjälper inte. "

Staymates är expert på tekniker för flödesvisualisering som gör att han kan fånga luftens rörelse på kameran. Hans vanliga forskning involverar ny teknik för att upptäcka sprängämnen och narkotika på flygplatser och sjöfartsanläggningar genom att nosa ut spår av dessa material i luften. Han vände nyligen sin expertis mot masker för att hjälpa till att utveckla nya sätt att mäta och förbättra deras prestanda.

Staymates skapade två videor med olika flödesvisualiseringstekniker. Den första videon skapades med hjälp av det som kallas ett Schlieren -bildsystem, vilket gör att skillnader i lufttäthet visas på kameran som mönster av skugga och ljus.

Med ett schlieren bildsystem, andas ut blir synligt eftersom det är varmare, och därför mindre tät, än den omgivande luften. Denna video visar bara luftens rörelse, inte rörelsen av utandade droppar i luften. Till vänster, Staymates bär en N95 -andningsmask med ventil, som gör att utandad luft kan strömma in i miljön ofiltrerad. Till höger, det finns ingen ventil, och luften passerar genom masken, som filtrerar bort de flesta droppar.

Staymates skapade den andra videon med hjälp av en ljusspridningsteknik.

För den andra videon, Staymates byggde en apparat som avger luft med samma hastighet och tempo som en vilande vuxen, kopplade sedan enheten till en skyltdocka. Som stand-in för utandade droppar, luften bär vattendroppar i olika storlekar som är typiska för de droppar som människor släpper ut i andan när de andas ut, prata och hosta. Ett högintensivt LED-ljus bakom skyltdockan lyser upp de luftburna dropparna, får dem att sprida ljuset och visa sig starkt på kameran.

Till skillnad från schlieren -videon, denna video visar dropparnas rörelse i luften. Till vänster, droppar flyr ofiltrerade genom ventilen på en N95 -mask. I mitten, det finns ingen ventil och inget andetag syns eftersom masken har filtrerat bort dropparna. Till höger, ingen mask bärs.

Användningen av en skyltdocka och en mekanisk andningsapparat gjorde det möjligt för vistelseskamrater att observera luftflödesmönster samtidigt som andningshastigheten hålls stabil, lufttryck och andra variabler.

Dessutom, de videor som produceras av ljusspridning kan analyseras av en dator på ett sätt som schlieren -bilder inte kan. Staymates skrev datorkod som beräknade antalet ljusa pixlar i videon och använde den för att uppskatta hur många droppar som fanns i luften. Detta är inte ett riktigt mått på antalet droppar eftersom tvådimensionell video inte kan fånga vad som händer i hela den tredimensionella luftvolymen. Dock, de resulterande siffrorna ger trender som kan analyseras för att bättre förstå luftflödesdynamiken för olika typer av masker.

Detta forskningsprojekt tittade bara på en typ av ventilerad mask; olika typer av ventilerade masker kommer att fungera annorlunda. Också, masker som inte är tätt passande kommer att tillåta lite luft att slippa runt masken snarare än att filtrera genom den. Detta kan också äventyra maskens prestanda.

Men huvudeffekten av ventiler är synlig i dessa videor. Staymates hoppas att videoklippen hjälper människor att-med ett ögonblick-förstå varför masker som är avsedda att bromsa spridningen av COVID-19 inte bör ha ventiler.