より優れたフェイスマスクの可能性: 受賞デザインをいくつか紹介します

2 部構成のコンテストは、イノベーションを引き起こし、新型コロナウイルスから身を守る高品質のマスクを再設計しようとしているグループを結び付けることを目的としています。

N95 や KN95 などのレスピレーターと呼ばれる高品質のマスクは、新型コロナウイルス感染症の蔓延に対して強力な保護を提供します。 しかし、快適さと利便性に関しては、確かに改善の余地があります。 マスクでメガネが曇る。 一度に何時間も着用していると、汗をかいて不快になることがあります（特に湿気の多い夏の暑さでは）。 有効性はブランドによって大きく異なる場合があります。 そして、人々が顔の半分を覆うと、顔の表情を読み取ったり、社会的に交流したりすることが難しくなります。

今週、マスク イノベーション チャレンジと呼ばれるプロジェクトが、未来のマスクに取り組むイノベーターを支援し、これらのグループを相互に結び付けることを目的とした高額賞金コンペティションのファイナリスト 10 名を発表しました。

「私たちは、将来の公衆衛生上の緊急事態からアメリカ国民を守るために、イノベーションの支援を支援したいと心から考えていました」と、このプロジェクトのチャレンジマネージャーである健康科学者のクミコ・リッポルド氏は語る。 「私たちは一緒に、快適で、長時間着用しても、理想的には着用していることに気付かないようなものを作りたかったのです。また、人々が自分が何を着ているのか、なぜ着ているのかを理解できるように、証拠に基づいた優れた優れた保護機能も提供するものを作りたかったのです」彼らはそれを着ているし、着たいと思うでしょう。」

マスク イノベーション チャレンジは、米国保健福祉省の生物医学先端研究開発局 (BARDA) の一部である研究・イノベーション・ベンチャー部門 (DRIVe) のリッポルド氏とその同僚によって運営されています。 2021 年 3 月にコンテストが開始されると、すぐに 1,500 件近くの応募が殺到しました。ファイナリスト 40 名と受賞者 10 名に絞り込むために、リッポルド氏のチームと審査員として採用された一部の専門家は 4 つの基準を検討しました。 まず、エントリはウイルスを確実にブロックし、現実世界の状況で機能するように見える必要がありました。 第二に、革新的である必要がありました。 第三に、着用者が常にマスクを調整する必要がある曇りや不快感などの問題に対処する必要がありました。 最後に、着たくなるような、力強いデザインでなければなりません。

受賞した 10 件のデザインは多岐にわたりました。 ほとんどは新興企業からのもので、大学発のものもあり、Amazon を含む大手企業からのものもいくつかありました。 特定のマスクでは、革新は新しい素材にありました。 ジョージタウン大学からのエントリーでは、小さな孔で汚染物質を濾過する、軽量で通気性のある金属フォームが使用されています。 4C Air という新興企業は、BreSafe 透明マスクをシースルーにするための半透明フィルターを開発しました。 他の参加者は、新しい製造方法と取り付け方法を実験しました。 ジーンズメーカーのリーバイ・ストラウス社は、どの衣料品メーカーでも製造できる低コストのマスクのデザインを開発した一方、新興企業のエア・フロ・ラブズ社は三次元の顔スキャンを使用して、同社のフロー・マスク・プロが着用者の顔に合わせて調整されていることを確認している。 いくつかのエントリーは、デザイン要素を再考することで画期的な進歩を遂げました。 これらには、新興企業 Air99 の Airgami マスクが含まれます。これは、折り紙のような折り目を組み込んで、カバーのフィルターをより広い表面積に広げ、呼吸を容易にします。

しかし、リッポルド氏と彼女のチームはまだ終わっていませんでした。 この初期セットの勝者はコンテストのフェーズ 1 として指定され、フェーズ 2 の新しい構造を設計するには数か月かかります。「フェーズ 2 をフェーズ 1 と同様の演習にしたかっただけではありません。本当に革新者のニーズを満たすものを作りたかったのです」とリッポルド氏は説明する。 「そして私たちは、（一般の人々や）中小企業と時間をかけて関わり、彼らが何を必要としているのかを本当に理解することでこれを実現しました。」

フェーズ 2 に向けて、DRIVe はコンテストを再開しました。フェーズ 1 の勝者は再応募できましたが、新規参加者も同様に応募できました。今回のパフォーマンス基準ははるかに高かったです。 「私たちは、イノベーターが自社の製品で非常に革命的な変化を達成できるように、このシステムを構築しました」とリッポルド氏は言います。 「私たちは漸進的な改善を求めていませんでした。本当に時代を変えるものを探していました。」 この段階で、DRIVe チームは、国立労働安全衛生研究所 (NIOSH) と国立標準技術研究所の 2 つの政府機関と提携して、エントリーの濾過効率、通気性、フィット感に関する実験室テストを繰り返し実施しました。

その後、組織はその結果を競合他社に提供し、設計を刷新して改善する機会を与えました。 「ファイナリストからは非常に肯定的なフィードバックを受け取りました」と NIST の機械エンジニア兼流体力学者であるマシュー ステイメイツは言います。 NIOSH は、素材を突き抜けて着用者に到達する粒子の割合を測定するなどの定量的なテストを実行しましたが、Staymates はより定性的な測定に焦点を当てました。 たとえば、空気の流れを可視化する画像技術を使用して、彼はマスクを外した状態、またはチャレンジ参加者のプロトタイプを着用した状態で、自分の呼吸、会話、咳を記録しました。

ステイメイツさんはまた、マスクの面積がどれだけ呼吸を積極的に濾過しているかを実証するために、呼気中の熱気を検出する赤外線カメラで自分自身の様子を記録した。 そして、彼は唯一のモルモットではありませんでした。彼はまた、人間のように「呼吸」しますが、透明な空気の代わりに目に見える霧を放出する特注のマネキンでマスクをテストしました。 「これが気に入ったのは、定量的な NIOSH データが何を示しているかを確認するわかりやすいビジュアルであることです」と Staymates 氏は言います。 「そして、これらの（マスクの試作品は）素晴らしかったです。マネキンから出る飛沫のおよそ 98 ～ 99 パーセントをブロックします。」

今週、BARDA はフェーズ 2 のファイナリスト 10 名を指名しました。フェーズ 1 の勝者 10 名のうち、最終候補に残ったのは前述の 5 名のみでした。 新しい 5 つの最終候補には、ClearMask、CrystalGuard、Matregenix Mask の 3 つの透明または半透明のデザインが含まれています。 ストラップのないReadiMaskもあり、皮膚用に設計された粘着剤を使用しているため、着用者の顔に直接貼り付けることができ、空気漏れや曇りを防ぎます。 そして、5 番目の新しい最終候補は、顔にまったく触れない、Smart, Individualized, Near-Face, Extended Wear (SINEW) マスクです。 代わりに、静電力を使用して粒子が着用者の鼻や口に近づくのを防ぎます。

リッポルド氏によると、これらのファイナリストは9月に最終ラウンドのテストを受ける予定だという。 10 月に DRIVe チームは、優勝者 2 名 (それぞれ 150,000 ドル) と、準優勝者 2 名 (それぞれ 50,000 ドル) を発表します。 しかし、リッポルド氏はすでにこの挑戦は成功したと考えている。 「私たちは、他の人々を助けたいと願う同じ志を持ったイノベーターのコミュニティの創設を支援するという目標をすでにある程度達成しています」と彼女は言います。 「それは言われていない目標のようなものでした。しかし、私たちは本当に斬新なデザインの加速を刺激しサポートしたいと考えていました。そしてフェーズ 1 ではそれを達成できたと思います。」

次の段階での彼女の理想的な成果は、ファイナリストが NIOSH からの N95 認証や食品医薬品局からの承認などの規制クリアランスを達成できるように支援することです。 「テストと評価の機会を提供することで、これらのマスクとその仕組みに基づいた証拠の生成をサポートします」とリッポルド氏は付け加えた。

バージニア工科大学のエアロゾル専門家で、コンテストには参加していないリンゼー・マー氏は、「マスク・イノベーション・チャレンジは、新しいデザインやイノベーションを促進し、新しい人々を良いN95の作り方の検討に参加させるのに良い」と語る。 「私たちは、人々ができるだけ簡単に高品質のマスクを着用できるようにしたいと考えています。マスクは、新型コロナウイルス感染症やその他の病気から身を守るために使用できる最も簡単、迅速、安価なツールの 1 つだからです。また、マスクは特定の病気に限定されるものではありません。特定のバリアント—それらはすべてに機能します。」

ソフィー・ブッシュウィック Scientific American でテクノロジーを担当する副編集長です。 Twitter @sophiebushwick で彼女をフォローしてください クレジット: Nick Higgins

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