Bära en mask. Håll dig sex fot ifrån varandra. Undvik stora sammankomster. När världen väntar på ett säkert och effektivt vaccin, kontroll av covid-19-pandemin är beroende av att dessa folkhälsoriktlinjer följs i stor utsträckning. Men eftersom kallare väder tvingar människor att spendera mer tid inomhus, blockering av sjukdomsöverföring kommer att bli mer utmanande än någonsin.

Vid det 73:e årsmötet för American Physical Society's Division of Fluid Dynamics, forskare presenterade en rad studier som undersöker aerodynamiken hos infektionssjukdomar. Deras resultat föreslår strategier för att minska risken baserat på en rigorös förståelse av hur smittsamma partiklar blandas med luft i trånga utrymmen.

Forskning tidigt under pandemin fokuserade på den roll som stora, snabbt fallande droppar producerade av hosta och nysningar. Dock, dokumenterade händelser med superspridare antydde att luftburen överföring av små partiklar från vardagliga aktiviteter också kan vara en farlig smittväg. Femtiotre av 61 sångare i delstaten Washington, till exempel, blev smittad efter en 2,5 timmar lång körrepetition i mars. Av 67 passagerare som tillbringade två timmar på en buss med en covid-19-smittad individ i Zhejiang-provinsen, Kina, 24 testade positivt efteråt.

William Ristenpart, en kemiingenjör vid University of California, Davis, upptäckte att när människor talar eller sjunger högt, de producerar dramatiskt större antal mikronstora partiklar jämfört med när de använder en normal röst. Partiklarna som bildas under skrik, de hittade, avsevärt överstiga antalet producerade under hosta. Hos marsvin, de observerade att influensa kan spridas genom förorenade dammpartiklar. Om samma sak gäller för SARS-CoV-2, sa forskarna, då kan föremål som släpper ut kontaminerat damm – som vävnader – utgöra en risk.

Abhishek Kumar, Jean Hertzberg, och andra forskare från University of Colorado, Flyttblock, fokuserat på hur viruset kan spridas under musikuppträdande. De diskuterade resultat från experiment utformade för att mäta aerosolutsläpp från instrumentalister.

"Alla var tidigt väldigt oroliga för flöjter, men det visar sig att flöjter inte genererar så mycket, sade Hertzberg. Å andra sidan, instrument som klarinetter och oboer, som har våta vibrerande ytor, tenderar att producera rikliga aerosoler. Den goda nyheten är att de kan kontrolleras. "När du lägger en kirurgisk mask över klockan på en klarinett eller trumpet, det minskar mängden aerosoler tillbaka till nivåer i ett normalt tonfall."

Ingenjörer under ledning av Ruichen He vid University of Minnesota undersökte en liknande riskreducerande strategi i sin studie av flödesfältet och aerosoler som genereras av olika instrument. Även om nivån av producerade aerosoler varierade beroende på musiker och instrument, de reste sällan mer än en fot bort. Baserat på deras resultat, forskarna tog fram en pandemikänslig sittmodell för liveorkestrar och beskrev var man skulle placera filter och publikmedlemmar för att minska risken.

Medan många tidigare anställda anställda fortsätter att arbeta hemifrån, arbetsgivare undersöker sätt att säkert återöppna sina arbetsplatser genom att upprätthålla tillräckligt socialt avstånd mellan individer. Genom att använda tvådimensionella simuleringar som modellerade människor som partiklar, Kelby Kramer och Gerald Wang från Carnegie Mellon University identifierade förhållanden som skulle hjälpa till att undvika trängsel och trängsel i trånga utrymmen som korridorer.

Att resa till och från kontorsbyggnader i personbilar utgör också en smittorisk. Kenny Breuer och hans medarbetare vid Brown University utförde numeriska simuleringar av hur luft rör sig genom personbilshytter för att identifiera strategier som kan minska infektionsrisken. Om luft kommer in och ut i ett rum på punkter långt borta från passagerarna, då kan det minska risken för överföring. I en personbil, de sa, det innebär att strategiskt öppna vissa fönster och stänga andra.

MIT-matematikerna Martin Bazant och John Bush föreslog en ny säkerhetsriktlinje byggd på befintliga modeller för överföring av luftburna sjukdomar för att identifiera maximala exponeringsnivåer i en mängd olika inomhusmiljöer. Deras riktlinje beror på ett mått som kallas "kumulativ exponeringstid, " som bestäms genom att multiplicera antalet personer i ett rum med exponeringens varaktighet. Maximum beror på rummets storlek och ventilationshastighet, ansiktsskyddet för den åkande, infektionsförmågan hos aerosoliserade partiklar, och andra faktorer. För att underlätta implementeringen av riktlinjerna, forskarna arbetade tillsammans med kemiingenjören Kasim Khan för att designa en app och onlinekalkylblad som människor kan använda för att mäta risken för överföring i en mängd olika miljöer.

Som Bazant och Bush skrev i ett kommande dokument om arbetet, att hålla sig sex fot från varandra "ger lite skydd mot patogenbärande aerosoldroppar som är tillräckligt små för att kontinuerligt blandas genom ett inomhusutrymme." En bättre, flödesdynamikbaserad förståelse av hur infekterade partiklar rör sig genom ett rum kan i slutändan ge smartare strategier för att minska överföringen.