Высококачественные маски (респираторы), такие как N95, обеспечивают надежную защиту от распространения COVID-19.
Но когда речь идет о комфорте и удобстве, здесь, безусловно, есть место для улучшения. Маски затуманивают очки. Ношение их в течение нескольких часов подряд может привести к потливости и дискомфорту (особенно во влажную летнюю погоду). Эффективность у разных марок может сильно различаться. И когда люди закрывают половину лица, труднее читать мимику и взаимодействовать в социуме.
На прошлой неделе проект под названием Mask Innovation Challenge объявил 10 финалистов конкурса с большим призовым фондом, цель которого - поддержать инноваторов, работающих над созданием масок будущего, и связать эти группы между собой.
"Мы действительно хотели создать что-то удобное, что можно было бы носить в течение длительного времени и в идеале не замечать, и что также обеспечивало бы превосходную, основанную на доказательствах, чтобы люди понимали, что они носят и почему они носят это, и хотели бы носить это", - говорит Кумико Липпольд, руководитель проекта.
Конкурс проводился Липпольд и ее коллегами из Отдела исследований, инноваций и венчурных проектов (DRIVe), входящего в состав Управления перспективных биомедицинских исследований и разработок (BARDA) Министерства здравоохранения и социальных служб США. После того как в марте 2021 года был объявлен конкурс, на него быстро поступило около 1500 заявок. Чтобы отобрать 40 финалистов и 10 победителей, команда Липпольд и некоторые эксперты, привлеченные в качестве судей, рассматривали четыре критерия.
Во-первых, маска должна блокировать вирусы и работать в реальных условиях. Во-вторых, она должна была быть инновационной. В-третьих, она должна была решать такие проблемы, как запотевание или дискомфорт, которые заставляют пользователей постоянно поправлять маску. И наконец, она должна была иметь привлекательный дизайн, чтобы люди хотели ее носить.
Некоторые финалисты ввели инновации в процесс подгонки или изготовления масок. Air Flo Labs использует 3-D сканирование для обеспечения соответствия маски FloMask (слева) лицу пользователя. Компания Levi Strauss разработала маску (справа), которая может быть изготовлена любым производителем одежды. Фото: Air Flo Labs, LLC (слева); Paul Dillinger/Levi Strauss & Co. (справа)
10 победивших проектов были самыми разными. Большинство из них были разработаны стартапами, некоторые - университетами, а несколько были представлены крупными компаниями, включая Amazon. В некоторых масках инновации заключались в новых материалах.
В маске, представленной Джорджтаунским университетом, используется легкая, воздухопроницаемая металлическая пена, которая фильтрует загрязняющие вещества через крошечные поры. Стартап под названием 4C Air создал полупрозрачный фильтр, чтобы сделать свою прозрачную маску BreSafe Transparent Mask прозрачной. Другие участники экспериментировали с новыми методами изготовления и подгонки.
Производитель джинсов Levi Strauss разработал недорогой дизайн респиратора, который, по словам компании, может изготовить любой производитель одежды, а стартап Air Flo Labs использует трехмерное сканирование лица, чтобы его маска Flo Mask Pro соответствовала лицу пользователя. Некоторые работы были отмечены переосмыслением элементов дизайна. К ним относится маска Airgami от стартапа Air99, которая включает в себя складки, похожие на оригами, чтобы распределить фильтр на большей площади, облегчая дыхание.
Но на этом Липпольд и ее сотрудники не закончили. Победители в этом первоначальном туре были определены, как финалисты первого этапа конкурса, а на разработку новых моделей для второго этапа отпускалось еще несколько месяцев. "Мы не просто хотели сделать тур 2 похожим на тур 1. Мы действительно хотели создать что-то, что отвечало бы потребностям инноваторов", - объясняет Липпольд. "И мы сделали это, взаимодействуя с [широкой общественностью и] малым бизнесом в течение определенного времени, чтобы понять, что им нужно".
В проекте Джорджтаунского университета в качестве фильтрующего материала используется металлическая пена. Рис.: James Malloy/Christopher Jensen/MacCallum Robertson/Kai Liu
Для второго тура DRIVe вновь открыла конкурс: победители первого тура могли подавать заявки повторно, но и новые участники тоже, и критерии эффективности на этот раз были гораздо выше.
"Мы построили конкурс таким образом, чтобы подтолкнуть инноваторов к революционным изменениям в их продукции", - говорит Липпольд. "Мы не искали постепенных улучшений. Мы искали то, что действительно сдвинет дело с мертвой точки". На этом этапе команда DRIVe сотрудничала с двумя государственными организациями, Национальным институтом охраны труда и здоровья (NIOSH) и Национальным институтом стандартов и технологий, для проведения повторных лабораторных испытаний эффективности фильтрации, воздухопроницаемости и прилегания изделий.
Эти организации предоставили свои выводы конкурсантам, дав им возможность пересмотреть и улучшить свои модели. "Я получил очень положительные отзывы от финалистов", - говорит Мэтью Стэймэйтс, инженер-механик и специалист по динамике жидкостей. В то время как NIOSH проводил количественные тесты, например, измерял процент частиц, способных пройти через материал и достичь пользователя, Стэйтемс сосредоточился на более качественных измерениях. Например, используя метод визуализации, который делает воздушный поток видимым, он записывал свое дыхание, речь и кашель, находясь либо без маски, либо надев прототип участника испытания.
Мэтью Стэймэйтс из Национального института стандартов и технологий кашляет в маске и без нее, используя метод визуализации, чтобы увидеть, как воздух перемещается после того, как покидает его рот. Фото: M. Staymates/N. Hanacek/NIST
Стэйтемс также записал себя на инфракрасную камеру, которая улавливает горячий воздух при выдохе, чтобы продемонстрировать, какая часть площади маски активно фильтрует его дыхание. И он был не единственным подопытным кроликом: он также испытал маски на изготовленных на заказ манекенах, которые "дышат" как человек, но испускают видимый туман вместо прозрачного воздуха. "Мне понравилось то, что это простой для понимания визуальный образ, подтверждающий то, что показывают количественные данные NIOSH", - говорит Стэйтемс. "И эти [прототипы масок] были фантастическими. Они блокируют примерно 98-99 % капель, вылетающих из манекена".
На этой неделе BARDA назвала 10 финалистов второго тур. Из 10 победителей первого тура только пять, участвовавших ранее, попали в шорт-лист. Пять новых финалистов включают три прозрачных или полупрозрачных образца: ClearMask, CrystalGuard и Matregenix Mask. Есть также маска ReadiMask без ремешка, в которой используется клей, разработанный для кожи, чтобы приклеиваться непосредственно к лицу пользователя, что позволяет избежать утечки воздуха и запотевания. И пятый новый финалист - маска Smart, Individualized, Near-Face, Extended Wear (SINEW), которая вообще не касается лица. Вместо этого она использует электростатические силы для предотвращения попадания частиц в нос и рот пользователя.
Несколько финалистов, включая ClearMask (слева) и BreSafe (справа), создали прозрачные или полупрозрачные покрытия для лица, которые облегчают чтение мимики без ущерба для фильтрации. Фото: ClearMask, LLC (слева); 4C Air Inc (справа)
По словам Липпольд, в сентябре эти финалисты пройдут финальный раунд испытаний. В октябре команда DRIVe объявит двух победителей, которые получат по 150 000 долларов, и двух призеров, которые получат по 50 000 долларов. Но Липпольд уже считает задачу выполненной. "В какой-то степени мы уже достигли своей цели - помогли создать сообщество единомышленников-новаторов, которые просто хотят помочь другим людям", - говорит она. "Это была как бы неозвученная цель. Но мы хотели помочь вдохновить и поддержать ускорение создания действительно новых разработок, и я думаю, что мы достигли этой цели на первом этапе".
Ее идеальным результатом для следующего этапа было бы помочь финалистам получить разрешение регулирующих органов, например, сертификат N95 от NIOSH или одобрение FDA. "Предоставляя возможность для тестирования и оценки, мы способствуем созданию доказательной базы по этим маскам и тому, как они работают", - добавляет Липпольд.
"Конкурс инновационных масок хорош тем, что он стимулирует новые разработки и инновации и привлекает новых людей к размышлениям о том, как сделать хорошие N95", - говорит Линси Марр, эксперт по аэрозолям из Virginia Tech, которая не принимала участия в конкурсе. "Мы хотим, чтобы людям было как можно проще носить качественные маски, потому что они являются одним из самых простых, быстрых и дешевых средств защиты от COVID-19 и других заболеваний. И они не специфичны для какого-то конкретного варианта - они работают для всего".
