Prototype this по-русски - выпуск 114. Полной грудью
Поскольку главная сегодня тема - это, несомненно, коронавирусная инфекция, мы, пока обновляются танки, займемся изобретением (не все же заниматься открытиями) и в этой области. И изобретать мы будем маску...
Три главные проблемы масок, используемых против вирусов. Первая - недостаточная защита. Вторая - затрудненное дыхание. Третья - неприятные ощущения на лице, чешется и потеет лицо, потому как под маской собирается испарина... Ну ладно, четвертая - резинки натирают, уши обвисают, но это так, это не исправить, хотя...
Более того, как человек, который просто так, на улице, использует шейный платок, могу сказать, что и шейный платок не лучше. Потому что горячий выдыхаемый и влажный воздух собирается внизу лица, создается влажная теплая среда, лицо начинает потеть - и получаем полный комплект...
Давайте посмотрим как мы можем исправить все эти недостатки, заодно повысив степень защиты маски.
Первое. Лицевая часть маски должна иметь минимальные размеры. Почему? Потому что чем меньше маска, тем меньше под ней собирается выдыхаемого воздуха, тем меньше мы потеем, тем меньше у нас чешется. В идеале маска должна быть гибкой, и обнимать только треугольник нос и под нижней губой, даже не затрагивая подбородок. При таком варианте максимальная площадь лица остается открытой, и естественный тепло- и влагообмен со средой сохраняется.
Второй момент. Объем подмасочный должен быть минимальным. Почему? Да потому, что при выдохе под маской собирается выдыхаемый воздух. Он беден кислородом, и богат углекислотой. И чем больше такого воздуха, тем глубже приходится дышать, чтобы наполнить кровь кислородом. В отличие от естественного дыхания, которого мы не замечаем, это - утомительно (кстати спортсмены могут бегать в масках, это позволит сочетать легкую пробежку с интенсивной тренировкой легких). И поскольку это утомительно, люди из естественного желания облегчить процесс начинают высовывать из-под маски нос, что сводит весь эффект от нее к абсолютному нулю.
То есть идеальная маска на лицо должна представлять из себя гармошку (чтобы рот можно было открывать, не снимая маски), максимально приближенную к лицу, и обнимающую нос и часть лица под нижней губой. На всякий случай, может быть "страхующая" "юбка" из ткани, которая находится вне вентилируемого объема, под ней не скапливается выдыхаемый воздух, и потому не производит отрицательного воздействия.
Следующий момент у нас заключается в площади фильтра.
Дело в том, что фильтр - это преграда на пути движения воздуха. Фильтр разбивает поток на много тонюсеньких струек, и пропихивание этих струек через материал фильтра требует усилия. Чем лучше фильтр фильтрует, и чем толще фильтрующий материал - тем больше нужно прикладывать усилий для фильтрации. Это знают все. Но некоторые (!!!) догадываются еще об одном моменте.
Дело в том, что сопротивление движению воздуха фильтра прямо пропорционально плотности фильтра и обратно пропорционально его площади.
Чтобы пропихнуть литр воздуха через фильтр маленького размера, нужно сообщить струйкам воздуха большую скорость внутри материала. А для этого требуется большая разница давлений. А если фильтр имеет большую площадь, тогда скорость движения воздуха через фильтрующий материал меньше, и разница давлений соответственно - тоже. Иными словами, маленькая маска создает больше физических затруднений дыханию, чем большая, если они из одного материала.
То есть, чтобы легче дышать, нам нужна большая маска, но под большой маской накапливается много выдыхаемого воздуха, и дышать труднее, потому что надо дышать глубже и чаще. А чтобы дышать легче, нам нужна маленькая маска, но в ней дышать труднее, потому что требуется большая разница давлений, то есть надо напрягать легкие.
Прикольно, правда?
Техническое решение очевидно.
Предполагая, что материал и структура фильтра нас устраивает по защитным качествам, а также предполагая, что прилегание масочной части полностью адекватно защитным задачам, нам необходимо разделить масочную часть, сделав ее полностью непроницаемой для воздуха, и фильтрующую часть, содержащую фильтр большой площади.
В общем и целом, такую идеологию применяли при создании противогазов со шлангом. Более того, промышленные противогазы со шлангом также используют и минимизацию внутреннего объема, в котором происходит дыхание - поскольку людям приходится долго работать в таком противогазе, вопрос потения, чесания и повторного вдоха выдыхаемого воздуха также стоит остро.
Теоретически, данный вариант, за исключением неподходящих габаритов и массы, уже значительно лучше того, чем мы сейчас пользуемся. Но нам надо сделать его еще и удобным.
Потому мы поступаем вот каким образом...
Лицевую часть мы крепим не за уши, а резинками с застежкой на затылке. Это надежно и более удобно (если резинки регулируемые). На лицевой части вблизи левого и правого угла губ у нас стоят клапана, соединенные с гофрированными трубками вдоха и выдоха. В качестве фильтра мы используем наспинный воздушный мешок из фильтрующего материала с упругими элементами внутри (чтобы не слипался и работал всей площадью). А в качестве фильтра выдыхаемого воздуха мы используем перфорированный отрезок той же гофротрубки, забранный с трубку из фильтрующего материала, и прикрепленный сбоку от входного фильтра. У нас получается такая ранцевая система, понимаете?
При общении людей, если органы дыхания выделяют вирус - например, в инфекционных отделениях - выделение вируса происходит вперед. От лица к лицу. И в обычной маске доктор вдыхает зараженный воздух с минимальной дистанции. Концентрация вируса максимальная. Здесь же воздух берется с другой стороны тела, и тело защищает врача дополнительно. Вирусы, выдыхаемые пациентом, оседают на защитном костюме спереди. А воздух берется сзади, и дополнительно фильтруется. И туда же отводится выдох врача, также проходя через фильтр.
Нам не требуются никакие механические устройства типа электромотора, вся система пассивна. Но можно добавить небольшой компрессор, и тогда подмасочное пространство будет принудительно вентилируемо, что значительнно повысит комфорт, но нужно будет носить аккумулятор..
Если на улице вы можете использовать рюкзак, и он объективно будет несовместим с нашей супермаской - то уж в больнице-то врачи точно на спине ничего не таскают, по крайней мере в инфекционке. Мне кажется, что для многих на улице, несмотря на монстровый футуристический дизайн, такая система покажется интересной (опять же, "понт дороже денег"), а вот в больничной палате ей точно самое место...
Большая площадь фильтра снижает скорость воздуха и улучшает фильтрующие свойства материала, плюс облегчает дыхание, малая площадь подмасочного пространства, подверженного выдоху, создает более комфортные условия для работы, крепление на затылке лучше крепления за уши, расположение фильтра сзади тела создает улучшенную защиту при контакте с пациентами, однонаправленное течение воздуха и двойная фильтрация обеспечивают дополнительную защиту...
Вот так...
И это... Поскольку у нас тут пандемия - вы поняли. Кто хочет попробовать - пробуйте. Надеюсь, понравится и окажется полезным в работе.
Чао!