Η απόδειξη ότι οι μάσκες με βαλβίδες εκπνοής δεν εμποδίζουν την μετάδοση της COVID-19

12:43 12/11/2020 - Πηγή: Newsvoice

Πολλοί άνθρωποι φορούν μάσκες δημόσια για να επιβραδύνουν την εξάπλωση του COVID-19, όπως συνιστάται από τους ειδικούς.

Ωστόσο, οι μάσκες με βαλβίδες εκπνοής δεν επιβραδύνουν την εξάπλωση της νόσου COVID-19 και τώρα, νέα βίντεο από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) των ΗΠΑ δείχνουν το γιατί.

Τα βίντεο, τα οποία δείχνουν τον τρόπο που ο εκπνεόμενος αέρας κινείται μέσω μιας μάσκας με και χωρίς βαλβίδα εκπνοής, δημιουργήθηκαν από τον ερευνητή του

NIST, Matthew Staymates. Τα βίντεο δημοσιεύθηκαν, μαζί με ένα συνοδευτικό ερευνητικό άρθρο, στο επιστημονικό περιοδικό Physics of Fluids.

«Όταν συγκρίνεις τα βίντεο δίπλα-δίπλα, η διαφορά είναι εντυπωσιακή. Δείχνουν το πώς οι βαλβίδες επιτρέπουν στον αέρα να φύγει από τη μάσκα χωρίς να τον φιλτράρουν, πράγμα που καθαιρεί τον σκοπό της μάσκας για την πανδημία COVID-19″, δήλωσε ο Staymates.

Οι βαλβίδες εκπνοής, οι οποίες διευκολύνουν την αναπνοή στις μάσκες και είναι πιο άνετες, είναι κατάλληλες όταν η μάσκα προορίζεται μόνο για την προστασία του χρήστη. Για παράδειγμα, οι βαλβίδες μάσκες μπορούν να προστατεύσουν τους εργαζόμενους από τη σκόνη σε ένα εργοτάξιο ή τους εργαζόμενους στο νοσοκομείο από μολυσμένους ασθενείς.

Οι μάσκες προσώπου όμως που καλούμαστε να φοράμε για την επιβράδυνση της εξάπλωσης του κορονοϊού προορίζονται κυρίως για την προστασία ατόμων εκτός του χρήστη. Επιβραδύνουν την εξάπλωση της νόσου συλλαμβάνοντας εκπνεόμενα σταγονίδια που ενδέχεται να περιέχουν τον ιό SARS-CoV-2. Ακόμα και άτομα χωρίς συμπτώματα πρέπει να φορούν μάσκες, επειδή είναι πιθανό να έχουν τον ιό, αλλά όχι συμπτώματα.

«Δεν φοράω μάσκα για να προστατευθώ εγώ. Την φοράω για να προστατεύσω τον γείτονά μου, γιατί μπορεί να είμαι ασυμπτωματικός και να διαδώσω τον κορονοϊό χωρίς καν να το γνωρίζω. Αλλά αν φοράω μάσκα με βαλβίδα, δεν βοηθάω», είπε ο Staymates.

Πώς (δεν) λειτουργεί μια μάσκα με βαλβίδα εκπνοής

Ο Staymates είναι ειδικός στις τεχνικές οπτικοποίησης ροής που του επιτρέπουν να συλλάβει την κίνηση του αέρα στην κάμερα. Πρόσφατα εστίασε τις γνώσεις του αυτές στον τρόπο που λειτουργούν οι μάσκες προσώπου, για να βοηθήσει στην ανάπτυξη νέων τρόπων μέτρησης και βελτίωσης της απόδοσής τους.

Ο Staymates δημιούργησε δύο βίντεο χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές οπτικοποίησης της ροής αέρα. Το πρώτο βίντεο (σ.σ. παραπάνω) δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας αυτό που είναι γνωστό ως σύστημα απεικόνισης schlieren, το οποίο προκαλεί διαφορές στην πυκνότητα αέρα στην κάμερα ως μοτίβα σκιάς και φωτός.

Με ένα σύστημα απεικόνισης schlieren, η εκπνοή ορατή επειδή είναι πιο ζεστή και συνεπώς λιγότερο πυκνή από τον περιβάλλοντα αέρα. Αυτό το βίντεο δείχνει μόνο την κίνηση του αέρα, όχι την κίνηση των εκπνεόμενων σταγονιδίων στον αέρα. Στα αριστερά, ο Staymates φορά μάσκα τύπου N95 με βαλβίδα εκπνοής, η οποία επιτρέπει στον εκπνεόμενο αέρα να ρέει στο περιβάλλον χωρίς φιλτράρισμα. Δεξιά, δεν υπάρχει βαλβίδα και ο αέρας περνά μέσα από την μάσκα, η οποία φιλτράρει τα περισσότερα σταγονίδια.

Ο Staymates δημιούργησε και δεύτερο βίντεο με την τεχνική της διάθλασης του φωτός:

Γι’ αυτό το δεύτερο βίντεο, ο Staymates δημιούργησε μια συσκευή που εκπέμπει αέρα με την ίδια ταχύτητα και ρυθμό με έναν ενήλικο σε κατάσταση ηρεμίας και στη συνέχεια συνέδεσε τη συσκευή με ένα μανεκέν. Ως υποκατάστατο για εκπνεόμενα σταγονίδια κορονοϊού, ο αέρας μεταφέρει σταγονίδια νερού σε μια σειρά διαφορετικών μεγεθών, όπως αυτά που εκπέμπουν οι άνθρωποι στην αναπνοή τους όταν εκπνέουν, μιλούν και βήχουν. Ένα φως LED υψηλής έντασης πίσω από το μανεκέν φωτίζει τα αερομεταφερόμενα σταγονίδια, αναγκάζοντάς τα να διασκορπίσουν το φως και να εμφανιστούν έντονα στην κάμερα.

Σε αντίθεση με το βίντεο schlieren, αυτό το βίντεο δείχνει την κίνηση σταγονιδίων στον αέρα. Στα αριστερά, τα σταγονίδια διαφεύγουν χωρίς φιλτράρισμα μέσω της βαλβίδας μίας μάσκας N95. Στη μέση, δεν υπάρχει βαλβίδα και καμία αναπνοή δεν είναι ορατή επειδή η μάσκα έχει φιλτράρει τα σταγονίδια. Στα δεξιά, δεν φοράει καν μάσκα.

Η χρήση μανεκέν και μηχανικής αναπνευστικής συσκευής επέτρεψε στον Staymates να παρατηρήσει τα πρότυπα ροής του αέρα ενώ διατηρεί σταθερό τον ρυθμό αναπνοής, την πίεση του αέρα και άλλες μεταβλητές.

Επιπλέον, τα βίντεο που παράγονται με διάθλαση του φωτός μπορούν να αναλυθούν από έναν υπολογιστή με τρόπο που οι εικόνες schlieren δεν μπορούν. Ο Staymates έγραψε κώδικα υπολογιστή που υπολόγισε τον αριθμό των φωτεινών pixel στο βίντεο και τον χρησιμοποίησε για να εκτιμήσει πόσα σταγονίδια ήταν στον αέρα. Αυτό δεν είναι ένα ρεαλιστικό μέτρο του αριθμού των σταγονιδίων, επειδή το δισδιάστατο βίντεο δεν μπορεί να καταγράψει αυτό που συμβαίνει στον πλήρη τρισδιάστατο όγκο του αέρα. Ωστόσο, οι αριθμοί που προκύπτουν παρέχουν τάσεις που μπορούν να αναλυθούν για καλύτερη κατανόηση της δυναμικής ροής αέρα σε διαφορετικούς τύπους μάσκας.

Περιορισμοί της έρευνας

Αυτό το ερευνητικό έργο εξέτασε μόνο έναν τύπο βαλβίδας μάσκας. διαφορετικοί τύποι μάσκες με βαλβίδες θα έχουν διαφορετική απόδοση. Επίσης, οι μάσκες που δεν εφαρμόζουν στενά θα επιτρέψουν στον αέρα να διαφύγει γύρω από τη μάσκα αντί να φιλτράρεται μέσα από αυτήν. Αυτό μπορεί επίσης να θέσει σε κίνδυνο την απόδοση φιλτραρίσματος της μάσκας.

Αλλά το κύριο αποτέλεσμα των βαλβίδων είναι ορατό σε αυτά τα βίντεο. Ο Staymates ελπίζει ότι αυτά τα βίντεο θα βοηθήσουν τους ανθρώπους να καταλάβουν -με μια ματιά- γιατί οι μάσκες που προορίζονται να επιβραδύνουν την εξάπλωση του COVID-19 δεν πρέπει να έχουν βαλβίδες.

www.newsit.gr