El nuevo sensor podría hacer que sea más fácil garantizar un buen ajuste de las máscaras faciales

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 máscara, 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 máscara y la cara del usuario, se puede aplicar a cualquier tipo de máscara.

Usando este sensor, los investigadores analizaron el ajuste de las máscaras quirúrgicas en hombres y mujeres y descubrieron que, en general, las máscaras se ajustan mucho menos a las caras de las mujeres que a las de los hombres.

Lo que nos dimos cuenta al analizar nuestros datos recopilados de los sujetos del estudio fue que las máscaras que usamos a diario no son muy adecuadas para las participantes femeninas».

Canan Dagdeviren, Profesor de Desarrollo de Carrera LG de Artes y Ciencias de los Medios en el MIT y autor correspondiente del estudio

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

El estudio es una colaboración entre el laboratorio de Dagdeviren; Siqi Zheng, Profesor Campeón STL de Sostenibilidad Urbana e Inmobiliaria 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, becario postdoctoral en el MIT, es el autor principal del artículo, que aparece hoy en Electrónica de la naturaleza.

Calidad de ajuste

Los investigadores comenzaron a trabajar en este proyecto antes de que el uso de máscaras se volviera común durante la pandemia de Covid-19. Su intención original era usar sensores incorporados en las máscaras para medir la efectividad de usar 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 generalizadas.

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 más adecuada para ellos. Actualmente, la única forma de medir el ajuste de la máscara es usar una máquina llamada probador de ajuste de la máscara, que evalúa el ajuste de la máscara comparando las concentraciones de partículas de aire dentro y fuera de la máscara facial. Sin embargo, este tipo de máquina solo está disponible en instalaciones especializadas, como hospitales, que las utilizan para evaluar el ajuste de las máscaras para los trabajadores de la salud.

El equipo del MIT quería crear un dispositivo portátil más fácil de usar para medir el ajuste de la mascarilla. El laboratorio de Dagdeviren, el Conformable Decoders Group, se especializa en desarrollar componentes electrónicos flexibles y elásticos que se pueden usar en la piel o incrustar en telas 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 máscara facial y la posición de la máscara, incluso 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 que denominan máscara facial con sensor multimodal conformable (cMaSK). Los sensores que miden una variedad de parámetros están integrados en una estructura 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 está en contacto con la piel en cada uno de estos 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 participantes usaron 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.

Usando los datos obtenidos de los sensores de capacitancia, los investigadores crearon un algoritmo de aprendizaje automático para calcular la bondad del ajuste de la máscara para cada sujeto de estudio. Estas mediciones revelaron que el ajuste de la máscara era significativamente peor para las mujeres que para los hombres, debido a las diferencias relacionadas con el género en la forma y el tamaño de la cara. Sin embargo, el ajuste para las mujeres se puede mejorar un poco usando máscaras quirúrgicas más pequeñas. Los investigadores también encontraron que la calidad del ajuste de la máscara era baja para uno de los sujetos masculinos que tenía barba, lo que creaba espacios entre la máscara 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 la evaluación del ajuste y descubrieron que los resultados del ajuste para cada participante del estudio eran muy similares a los encontrados con cMaSK.

hecho a tu medida

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

“Esperamos pensar en formas de diseñar máscaras y encontrar la que mejor se adapte a las personas”, dice Dagdeviren. «Tenemos diferentes tamaños de zapatos, e incluso puedes personalizar tus zapatos. Entonces, ¿por qué no puedes personalizar y diseñar tu máscara, para tu propia salud y para el beneficio de la sociedad?»

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

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

La investigación fue financiada por el Consorcio MIT Media Lab, el Premio de Facultad No Titular de 3M y el Fondo Global de la Iniciativa Internacional de Ciencia y Tecnología del MIT (MISTI).