Under coronavirus-pandemin, många människor har vant sig vid att bära ansiktsmasker för att skydda sig själva och andra, men det betyder inte att maskerna alltid är bekväma – speciellt under träning. Nu, forskare som rapporterar in ACS Nano har utvecklat ett dynamiskt andningsskydd som modulerar dess porstorlek som svar på förändrade förhållanden, som träning eller luftföroreningsnivåer, gör det möjligt för bäraren att andas lättare när de högsta nivåerna av filtrering inte krävs.

Ansiktsmasker skyddar mot spridningen av viruset som orsakar COVID-19, men de bärs också av personer med andningsproblem för att filtrera bort skadliga föroreningar. Dock, under vissa omständigheter, höga nivåer av filtrering behövs inte, som när luftföroreningsnivåerna är låga, eller när någon tränar utomhus ensam – vilket generellt anses vara en aktivitet med låg risk för spridning av covid-19. Men nuvarande masker kan inte anpassa sig till förändrade förhållanden. Med tid, de fångade, utandning kan skapa värmeförnimmelser, fuktighet, dålig andedräkt och obehag, speciellt när mer andetag andas ut under träning. Seung Hwan Ko och kollegor ville göra en respirator som automatiskt kunde justera sina filtreringsegenskaper som svar på förändrade förhållanden.

Forskarna utvecklade ett dynamiskt luftfilter med mikroporer som expanderar när filtret sträcks, så att mer luft kan passera. En stor ökning av filtrets andningsförmåga, som var gjord av elektrospunna nanofibrer, uppnåddes med endast ca 6 % förlust i filtreringseffektivitet. Teamet placerade sedan en bår runt filtret som var kopplat till en lättviktare, bärbar enhet som innehåller en sensor, luftpump och mikrokontrollerchip.

Enheten kommunicerar trådlöst med en extern dator som kör programvara för artificiell intelligens (AI) som reagerar på partiklar i luften, samt förändringar i bärarens andningsmönster under träning. Två av filtren placerades på varje sida av en ansiktsmask och testades på mänskliga frivilliga. Båren genererade korrekt en mindre ökning i porstorlek när en frivillig tränade i en förorenad atmosfär än när de tränade i ren luft.

I synnerhet, AI-mjukvaran låter andningsskyddet anpassa sig till individers unika andningsegenskaper, som kan användas för att utveckla en personlig ansiktsmask, säger forskarna. För att göra systemet mindre, lättare och mindre krånglig, båren kan så småningom designas om för att ha en pumpfri mekanism, lägger de till.