Ingenieros del MIT desarrollan sensores para mascarillas que ayudan a medir el ajuste

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Usar una mascarilla puede ayudar a prevenir la propagación de virus como el SARS-CoV-2, pero la eficacia de una mascarilla depende de qué tan bien se ajuste.

Actualmente, no existen formas sencillas de medir el ajuste de una mascarilla, pero un nuevo sensor desarrollado en el MIT podría hacer que sea mucho más fácil garantizar un buen ajuste. El sensor, que mide el contacto físico entre la mascarilla y la cara del usuario, se puede aplicar a cualquier tipo de mascarilla.

Utilizando este sensor, los investigadores analizaron el ajuste de las mascarillas quirúrgicas en sujetos masculinos y femeninos y descubrieron que, en general, las mascarillas se ajustan mucho menos a los rostros de las mujeres que a los de los hombres.

"Lo que nos dimos cuenta al analizar los datos recopilados de los individuos en el estudio fue que las máscaras que usamos en la vida diaria no son muy adecuadas para las participantes femeninas", dice Canan Dagdeviren, profesora de Desarrollo Profesional de Artes y Ciencias de los Medios de LG en el MIT. y el autor correspondiente del estudio.

Los investigadores esperan que su sensor ayude a las personas a encontrar máscaras que se ajusten mejor a ellos y que los diseñadores puedan usarlo para crear máscaras que se ajusten a una variedad más amplia de formas y tamaños de rostro. El sensor también se puede utilizar para monitorear signos vitales como la frecuencia respiratoria y la temperatura, así como condiciones ambientales como la humedad.

El estudio es una colaboración entre el laboratorio de Dagdeviren; Siqi Zheng, Profesor Campeón de Sostenibilidad Urbana e Inmobiliaria de STL en el Departamento de Estudios y Planificación Urbanos; y Tolga Durak, directora general de los programas de Medio Ambiente, Salud y Seguridad del MIT. Jin-Hoon Kim, postdoctorado del MIT, es el autor principal del artículo, que aparece hoy en Nature Electronics.

Calidad de ajuste

Los investigadores comenzaron a trabajar en este proyecto antes de que el uso de mascarillas se volviera común durante la pandemia de Covid-19. Su intención original era utilizar sensores integrados en máscaras para medir la eficacia del uso de máscaras en áreas con altos niveles de contaminación del aire. Sin embargo, una vez que comenzó la pandemia, se dieron cuenta de que un sensor de este tipo podría tener aplicaciones más amplias.

Con tantos tipos diferentes de máscaras disponibles durante la pandemia, los investigadores pensaron que este tipo de sensor podría ser útil para ayudar a las personas a encontrar la máscara que mejor se ajuste a sus necesidades. Actualmente, la única forma de medir el ajuste de la mascarilla es utilizar una máquina llamada probador de ajuste de la mascarilla, que evalúa el ajuste de la mascarilla comparando las concentraciones de partículas de aire dentro y fuera de la mascarilla. Sin embargo, este tipo de máquina sólo está disponible en instalaciones especializadas, como hospitales, que las utilizan para evaluar la idoneidad de las mascarillas para los trabajadores de la salud.

El equipo del MIT quería crear un dispositivo portátil y más fácil de usar para medir el ajuste de la mascarilla. El laboratorio de Dagdeviren, el grupo Conformable Decoders, se especializa en desarrollar productos electrónicos flexibles y estirables que pueden usarse sobre la piel o incorporarse a textiles para detectar señales del cuerpo.

“En este proyecto, queríamos monitorear simultáneamente las condiciones biológicas y ambientales, como el patrón de respiración, la temperatura de la piel, las actividades humanas, la temperatura y la humedad dentro de la mascarilla y la posición de la mascarilla, incluido si las personas la usan correctamente o no”, dice Kim. "También queríamos comprobar la calidad del ajuste".

Para integrar sus sensores en las máscaras faciales, los investigadores crearon un dispositivo al que llaman máscara facial con sensor multimodal conformable (cMaSK). Los sensores que miden una variedad de parámetros están integrados en un marco de polímero flexible que se puede unir de manera reversible al interior de cualquier máscara, alrededor de los bordes.

Para medir el ajuste, cMaSK tiene 17 sensores alrededor del borde de la máscara que miden la capacitancia, que se puede usar para determinar si la máscara toca la piel en cada uno de esos lugares.

La interfaz cMaSK también tiene sensores que miden la temperatura, la humedad y la presión del aire, que pueden detectar actividades como hablar y toser. Un acelerómetro dentro del dispositivo puede revelar si el usuario se está moviendo. Todos los sensores están integrados en un polímero biocompatible llamado poliimida, que se utiliza en implantes médicos como los stents.

Los investigadores probaron la interfaz cMaSK en un grupo de cinco hombres y cinco mujeres. Todos los sujetos llevaban máscaras quirúrgicas y los investigadores monitorearon las lecturas de los sensores mientras los participantes realizaban una variedad de actividades, como hablar, caminar y correr. También probaron los sensores en una variedad de condiciones de temperatura.

Utilizando los datos obtenidos por los sensores de capacitancia, los investigadores crearon un algoritmo de aprendizaje automático para calcular la calidad del ajuste de la máscara para cada sujeto del estudio. Estas mediciones revelaron que el ajuste de la mascarilla era significativamente peor para las mujeres que para los hombres, debido a las diferencias en la forma y el tamaño de la cara. Sin embargo, el ajuste para las mujeres podría mejorarse ligeramente usando mascarillas quirúrgicas más pequeñas. Los investigadores también descubrieron que la calidad del ajuste de la mascarilla era baja en uno de los sujetos masculinos que tenía barba, lo que creaba espacios entre la mascarilla y la piel.

Para verificar sus resultados, los investigadores también colaboraron con la Oficina de Medio Ambiente, Salud y Seguridad del MIT en el diseño y evaluación del ajuste, y descubrieron que los resultados del ajuste para cada participante del estudio eran muy similares a los que encontraron usando el cMaSK.

Ajuste personalizado

Los investigadores esperan que sus hallazgos alienten a los fabricantes de mascarillas a diseñar mascarillas que se adapten a una variedad de formas y tamaños de rostro, especialmente a los rostros de mujeres. El laboratorio de Dagdeviren planea trabajar en la producción en masa y la implementación a gran escala de la interfaz cMaSK.

"Esperamos pensar en formas de diseñar máscaras y encontrar la mejor opción para las personas", dice Dagdeviren. “Tenemos diferentes tallas de zapatos e incluso puedes personalizar tus zapatos. Entonces, ¿por qué no puedes personalizar y diseñar tu mascarilla, para tu propia salud y en beneficio de la sociedad?

Los investigadores también esperan volver a su idea original de estudiar los efectos de la contaminación del aire en las personas que trabajan al aire libre.

"Nuestra tecnología realmente puede ayudar a cuantificar los costos sociales de estos peligros ambientales, y también a medir los beneficios de cualquier tipo de intervención política", dice Zheng.

La investigación fue financiada por el MIT Media Lab Consortium, el 3M Non-Tenured Faculty Award y el Fondo Global de la Iniciativa Internacional de Ciencia y Tecnología del MIT (MISTI).

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