Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Northwestern, το Georgia Institute of Technology και το UCLA, δημιούργησαν το «FaceBit», μια νέα, πρωτοποριακή πλατφόρμα για τη μετατροπή των παραδοσιακών ιατρικών μασκών σε «έξυπνες» μάσκες.

Το FaceBit είναι μια μικρή συσκευή- λίγο μεγαλύτερη από ένα κέρμα- που προσαρμόζεται σε διαφορετικές μάσκες (N95, χειρουργικές, υφασμάτινες). Ένας αισθητήρας πίεσης ανιχνεύει τις διαρροές, υποδεικνύοντας πόσο καλά εφαρμόζει η μάσκα στο πρόσωπο του χρήστη. Το FaceBit παρακολουθεί επιπλέον τον καρδιακό ρυθμό με ένα ευαίσθητο επιταχυνσιόμετρο που καταγράφει τις μικροσκοπικές κινήσεις του δέρματος του προσώπου που προκαλούνται από κάθε παλμό της καρδιάς. Η νέα συσκευή μετρά επίσης τον ρυθμό αναπνοής με έναν αισθητήρα θερμοκρασίας.

Τα δεδομένα μεταδίδονται μέσω Bluetooth σε μια εφαρμογή για smartphone. Η συσκευή τροφοδοτείται από μια μπαταρία, η οποία φορτίζεται συμπληρωματικά με ενέργεια που συλλέγεται από τις κινήσεις της μάσκας καθώς ο χρήστης της αναπνέει και κινείται. Η εφαρμογή ειδοποιεί αμέσως τον χρήστη όταν προκύπτουν απροσδόκητα προβλήματα – όπως αυξημένος καρδιακός ρυθμός ή διαρροή στη μάσκα. Τα φυσιολογικά δεδομένα θα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη της κόπωσης καθώς και τη σωματική και συναισθηματική υγεία του χρήστη.

«Θέλαμε να σχεδιάσουμε μια ‘έξυπνη’ μάσκα για τους επαγγελματίες που εργάζονται στον υγειονομικό τομέα, την οποία δεν θα χρειάζεται να φορτίσουν κατά τη διάρκεια μιας βάρδιας», δήλωσε ο Τζοζάια Χέστερ, επίκουρος καθηγητής πληροφορικής, μηχανικής υπολογιστών και ηλεκτρολόγων μηχανικών του Πανεπιστημίου Northwestern, ο οποίος ηγήθηκε της ανάπτυξης της συσκευής.

Στη μελέτη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ακρίβεια του FaceBit ήταν παρόμοια με τις συσκευές κλινικού επιπέδου και η μπαταρία διαρκούσε περισσότερο από 11 ημέρες μεταξύ των φορτίσεων.

Πώς αναπτύχθηκε η συσκευή 

Πριν σχεδιάσουν το FaceBit, ο Χέστερ και οι συνεργάτες του πήραν συνεντεύξεις από γιατρούς, νοσηλευτές και ιατρικούς βοηθούς για να κατανοήσουν καλύτερα τις ανάγκες τους όσον αφορά τις «έξυπνες» μάσκες. Όλοι οι κλινικοί γιατροί ανέφεραν ότι η σωστή  εφαρμογή της μάσκας ήταν το πιο σημαντικό πράγμα, καθώς έρχονταν συχνά σε επαφή με ασθενείς που νοσηλεύονταν με ιογενείς λοιμώξεις.

Για να διασφαλίσουν ότι οι μάσκες N95 είναι σωστά τοποθετημένες στο πρόσωπό τους, οι εργαζόμενοι στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης υποβάλλονται περιοδικά σε ένα «τεστ εφαρμογής» διάρκειας 20 λεπτών. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, οι εργαζόμενοι φορούν πρώτα μια αναπνευστική συσκευή N95 και μετά μια διαφανή κουκούλα που καλύπτει ολόκληρο το κεφάλι τους. Στη συνέχεια, ένας άλλος εργαζόμενος ψεκάζει γλυκό ή πικρό αεροζόλ μέσα στην κουκούλα. Η συγκέντρωση του αερολύματος αυξάνεται σταδιακά μέσα στην κουκούλα μέχρι να ανιχνευθεί από το άτομο που φοράει την αναπνευστική συσκευή. Εάν ο χρήστης γευτεί την πικρή ή γλυκιά γεύση του αερολύματος πριν διοχευτεί μέσα στην κουκούλα μια συγκεκριμένη ποσότητα, τότε η μάσκα του δεν έχει τοποθετηθεί σωστά.

Παρόλο που το FaceBit δεν μπορεί ακόμη να αντικαταστήσει αυτή τη διαδικασία – η οποία αποτελεί μακροχρόνια πρόκληση στην ιατρική βιομηχανία – μπορεί να διασφαλίσει ότι η μάσκα εφαρμόζεται σωστά μεταξύ των τεστ.

«Εάν φοράτε μια μάσκα για 12 ώρες ή περισσότερο, μερικές φορές το πρόσωπό σας μπορεί να μουδιάσει», δήλωσε ο Χέστερ. «Μπορεί να μην καταλάβετε καν ότι η μάσκα σας έχει μετακινηθεί, επειδή δεν μπορείτε να την αισθανθείτε ή επειδή είστε πολύ εξαντλημένοι για να το παρατηρήσετε. Μπορούμε να προσεγγίσουμε τη διαδικασία ελέγχου προσαρμογής με τη μέτρηση της αντίστασης της μάσκας. Αν δούμε μια ξαφνική πτώση στην αντίσταση, αυτό υποδεικνύει ότι έχει γίνει διαρροή και μπορούμε να ειδοποιήσουμε τον χρήστη», εξήγησε ο Χέστερ.

Επειδή τα στρεσογόνα γεγονότα μπορούν να προκαλέσουν φυσιολογικές αντιδράσεις, συμπεριλαμβανομένης της γρήγορης αναπνοής, το FaceBit μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτές τις πληροφορίες για να συστήσει τον χρήστη να κάνει ένα διάλειμμα, να πάει μια βόλτα ή να πάρει μερικές βαθιές αναπνοές για να ηρεμήσει. Τα νοσοκομειακά συστήματα θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιήσουν αυτά τα δεδομένα για να βελτιστοποιήσουν τις βάρδιες των εργαζομένων τους.

Μέλλον χωρίς μπαταρίες

Ως ειδικός στη βιώσιμη τεχνολογία χωρίς μπαταρίες, ο Χέστερ ελπίζει ότι η ομάδα του ή άλλοι επιστήμονες θα μπορέσουν να βελτιώσουν το FaceBit ώστε να μην χρειάζεται μπαταρίες. Προς το παρόν, η αναπνοή και οι κινήσεις του χρήστη καθώς και ο ήλιος μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Αν και η ομάδα του αξιολόγησε τη συσκευή σε εθελοντές σε πραγματικές συνθήκες, ο Χέστερ δήλωσε ότι το FaceBit πρέπει ακόμη να υποβληθεί σε κλινικές δοκιμές. Στο μεταξύ, σχεδιάζει να συνεχίσει να δοκιμάζει και να βελτιώνει τη συσκευή η οποία θα είναι υλικό ανοιχτού κώδικα. Έτσι, άλλοι ερευνητές θα μπορούν να τροποποιήσουν το σχεδιασμό, ίσως για να βελτιώσουν τα εξαρτήματα συλλογής ενέργειας και να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, ή για να μελετήσουν την κόπωση των εργαζομένων στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στα Πρακτικά του Association for Computing Machinery.