Μάσκα με τεχνητή νοημοσύνη προσαρμόζεται στην αναπνοή του χρήστη

Η πανδημία του νέου κορωνοϊού είναι η ένοχη για τη «μασκοφορεμένη» πλέον ζωή του παγκόσμιου πληθυσμού. Οι μάσκες έχουν μετατραπεί σε καθημερινό «σύντροφό» μας καθώς αποτελούν ένα από τα σημαντικά μέτρα προστασίας ενάντια στη μετάδοση και τη διασπορά του ιού SARS-CoV-2, ωστόσο δεν είναι και ο πιο… άνετος και βολικός σύντροφος – ιδιαιτέρως όταν κάποιος φορά μάσκα κατά την άσκηση.

Η «έξυπνη» μάσκα

Τώρα ερευνητές του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σεούλ σε συνεργασία με συναδέλφους τους από το Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Μπέρκλεϊ στην Καλιφόρνια (μεταξύ των οποίων και ο έλληνας καθηγητής Κώστας Γρηγορόπουλος) και από τα Πανεπιστήμια Yonsei και Hanyang ανέπτυξαν μια νέα «έξυπνη» μάσκα η οποία αλλάζει το μέγεθος των πόρων της ανάλογα με τις συνθήκες. Με τον τρόπο αυτόν ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να αναπνέει ευκολότερα όταν δεν είναι απαραίτητο το πολύ μεγάλο φιλτράρισμα του αέρα, αναφέρουν οι ερευνητές στην επιθεώρηση «ACS Nano» – όπως για παράδειγμα όταν τα επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι χαμηλά ή όταν κάποιο άτομο γυμνάζεται μόνο του σε εξωτερικό χώρο (και οι δύο αυτές συνθήκες θεωρούνται χαμηλού κινδύνου για μετάδοση του SARS-CoV-2).

Η «έξυπνη» μάσκα αλλάζει το μέγεθος των πόρων της ανάλογα με τις ατμοσφαιρικές συνθήκες καθώς και με το αν το άτομο γυμνάζεται, επιτρέποντας στον χρήστη να αναπνέει καλύτερα. Η μάσκα συνδέεται με μια φορητή συσκευή που επικοινωνεί με υπολογιστή ο οποίος τρέχει λογισμικό τεχνητής νοημοσύνης (ACS Nano 2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c06204)

Προσαρμογή των χαρακτηριστικών φιλτραρίσματος

Οι μάσκες που φοράμε όλοι σήμερα δεν έχουν τη δυνατότητα να προσαρμόζονται σε μεταβαλλόμενες συνθήκες. Ετσι, όλοι ξέρουμε πια, πως όσο περισσότερο φοράμε τη μάσκα μέσα στην ημέρα η «παγιδευμένη» εντός της εκπνοή μας προκαλεί αίσθημα ζέστης, υγρασίας και δυσφορίας – όλα αυτά επιδεινώνονται όταν ένα άτομο ασκείται. O Σαν Γουάν Κο και οι συνεργάτες του κατασκεύασαν λοιπόν μια μάσκα που μπορεί αυτόματα να προσαρμόζει τα χαρακτηριστικά φιλτραρίσματος ανάλογα με τις συνθήκες.

Περισσότερος αέρας περνά μέσα από τους πόρους

Συγκεκριμένα οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα φίλτρο με μικροπόρους οι οποίοι διαστέλλονται όταν το φίλτρο τεντώνεται, με αποτέλεσμα να περνά περισσότερος αέρας μέσα από τους πόρους. Είναι μάλιστα αξιοσημείωτο ότι μια μεγάλη αύξηση στην ικανότητα διαπνοής του φίλτρου το οποίο είναι φτιαγμένο από ειδικές νανοΐνες επιτυγχάνεται με απώλεια μόλις της τάξεως του 6% στην αποτελεσματικότητα του φιλτραρίσματος.

Πώς λειτουργεί το σύστημα

Η ερευνητική ομάδα τοποθέτησε στη συνέχεια ένα ειδικό «καλαπόδι» γύρω από το φίλτρο που μπορεί να το τεντώνει όταν χρειαστεί και το οποίο συνδέεται με μια ελαφριά, φορητή συσκευή που περιέχει έναν αισθητήρα, μια αντλία αέρα και ένα μικροτσίπ. Η συσκευή επικοινωνεί ασύρματα με έναν εξωτερικό ηλεκτρονικό υπολογιστή ο οποίος τρέχει λογισμικό τεχνητής νοημοσύνης (ΑΙ) που αντιδρά στα μικροσωματίδια της ατμόσφαιρας καθώς και στις αλλαγές στα μοτίβα της αναπνοής του χρήστη κατά τη διάρκεια της άσκησης.

Επιτυχής δοκιμή σε εθελοντές

Δύο τέτοια προηγμένα φίλτρα τοποθετήθηκαν από τους επιστήμονες στις δύο πλευρές της μάσκας η οποία και δοκιμάστηκε σε εθελοντές. Οπως προέκυψε το σύστημα λειτούργησε επιτυχημένα προκαλώντας μικρότερη αύξηση του μεγέθους των μικροπόρων της μάσκας όταν ο εθελοντής γυμναζόταν σε περιοχή με αυξημένη ατμοσφαιρική ρύπανση σε σύγκριση με όταν γυμναζόταν στον καθαρό αέρα.

Προς δημιουργία εξατομικευμένων μασκών

Είναι μάλιστα αξιοσημείωτο το γεγονός ότι το λογισμικό ΑΙ επέτρεπε στη μάσκα να προσαρμόζεται στα μοναδικά χαρακτηριστικά της αναπνοής του κάθε χρήστη, γεγονός που μπορεί να συμβάλλει στην ανάπτυξη εξατομικευμένων μασκών, υπογράμμισαν οι ερευνητές στη δημοσίευσή τους.