Les ingénieurs du MIT développent des capteurs pour les masques faciaux qui aident à évaluer l'ajustement

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Le port d'un masque peut aider à prévenir la propagation de virus tels que le SRAS-CoV-2, mais l'efficacité d'un masque dépend de son ajustement.

Actuellement, il n'existe pas de moyen simple de mesurer l'ajustement d'un masque, mais un nouveau capteur développé au MIT pourrait faciliter beaucoup la garantie d'un bon ajustement. Le capteur, qui mesure le contact physique entre le masque et le visage du porteur, peut être appliqué à tout type de masque.

À l'aide de ce capteur, les chercheurs ont analysé l'ajustement des masques chirurgicaux sur des sujets masculins et féminins et ont constaté que, dans l'ensemble, les masques s'adaptaient beaucoup moins bien aux visages des femmes qu'aux visages des hommes.

"Ce que nous avons réalisé en analysant nos données collectées auprès des individus de l'étude, c'est que les masques que nous utilisons dans la vie quotidienne ne conviennent pas très bien aux participantes", déclare Canan Dagdeviren, professeur de développement de carrière LG en arts et sciences des médias au MIT. et l'auteur correspondant de l'étude.

Les chercheurs espèrent que leur capteur aidera les gens à trouver des masques qui leur conviennent mieux et que les concepteurs pourront l'utiliser pour créer des masques qui s'adaptent à une plus grande variété de formes et de tailles de visage. Le capteur peut également être utilisé pour surveiller les signes vitaux tels que le rythme respiratoire et la température, ainsi que les conditions environnementales telles que l'humidité.

L'étude est une collaboration entre le laboratoire de Dagdeviren ; Siqi Zheng, professeur champion STL de durabilité urbaine et immobilière au Département d'études et de planification urbaines ; et Tolga Durak, directeur général des programmes Environnement, Santé et Sécurité du MIT. Jin-Hoon Kim, postdoctorant au MIT, est l'auteur principal de l'article, qui paraît aujourd'hui dans Nature Electronics.

Qualité d'ajustement

Les chercheurs ont commencé à travailler sur ce projet avant que le port du masque ne devienne courant pendant la pandémie de Covid-19. Leur intention initiale était d'utiliser des capteurs intégrés dans des masques pour mesurer l'efficacité du port du masque dans les zones à haut niveau de pollution de l'air. Cependant, une fois la pandémie déclenchée, ils se sont rendu compte qu'un tel capteur pourrait avoir des applications plus répandues.

Avec autant de types de masques différents disponibles pendant la pandémie, les chercheurs ont pensé que ce type de capteur pourrait être utile pour aider les individus à trouver le masque qui leur convient le mieux. Actuellement, la seule façon de mesurer l'ajustement du masque est d'utiliser une machine appelée testeur d'ajustement de masque, qui évalue l'ajustement du masque en comparant les concentrations de particules d'air à l'intérieur et à l'extérieur du masque facial. Cependant, ce type de machine n'est disponible que dans des établissements spécialisés tels que les hôpitaux, qui les utilisent pour évaluer l'ajustement des masques pour les travailleurs de la santé.

L'équipe du MIT souhaitait créer un appareil portable plus convivial pour mesurer l'ajustement du masque. Le laboratoire de Dagdeviren, le groupe Conformable Decoders, est spécialisé dans le développement d'électronique flexible et extensible qui peut être portée sur la peau ou incorporée dans des textiles pour détecter les signaux du corps.

"Dans ce projet, nous voulions surveiller simultanément les conditions biologiques et environnementales, telles que le schéma respiratoire, la température de la peau, les activités humaines, la température et l'humidité à l'intérieur du masque facial, et la position du masque, y compris si les gens le portent correctement ou pas », dit Kim. "Nous voulions également vérifier la qualité de l'ajustement."

Pour intégrer leurs capteurs dans les masques faciaux, les chercheurs ont créé un appareil qu'ils appellent un masque facial à capteur multimodal conformable (cMaSK). Des capteurs qui mesurent une variété de paramètres sont intégrés dans un cadre en polymère flexible qui peut être fixé de manière réversible à l'intérieur de n'importe quel masque, sur les bords.

Pour mesurer l'ajustement, le cMaSK dispose de 17 capteurs autour du bord du masque qui mesurent la capacité, qui peuvent être utilisés pour déterminer si le masque touche la peau à chacun de ces endroits.

L'interface cMaSK dispose également de capteurs qui mesurent la température, l'humidité et la pression atmosphérique, qui peuvent détecter des activités telles que parler et tousser. Un accéléromètre à l'intérieur de l'appareil peut révéler si le porteur se déplace. Tous les capteurs sont intégrés dans un polymère biocompatible appelé polyimide, qui est utilisé dans les implants médicaux tels que les stents.

Les chercheurs ont testé l'interface cMaSK dans un groupe de cinq hommes et cinq femmes. Tous les sujets portaient des masques chirurgicaux et les chercheurs ont surveillé les lectures des capteurs pendant que les participants exécutaient diverses activités, telles que parler, marcher et courir. Ils ont également testé les capteurs dans diverses conditions de température.

À l'aide des données obtenues par les capteurs capacitifs, les chercheurs ont créé un algorithme d'apprentissage automatique pour calculer la qualité d'ajustement du masque pour chaque sujet de l'étude. Ces mesures ont révélé que l'ajustement du masque était nettement moins bon pour les femmes que pour les hommes, en raison des différences de forme et de taille du visage. Cependant, l'ajustement pour les femmes pourrait être légèrement amélioré en portant des masques chirurgicaux plus petits. Les chercheurs ont également constaté que la qualité d'ajustement du masque était faible pour l'un des sujets masculins portant une barbe, ce qui créait des espaces entre le masque et la peau.

Pour vérifier leurs résultats, les chercheurs ont également collaboré avec le bureau de l'environnement, de la santé et de la sécurité du MIT sur la conception et l'évaluation de l'ajustement, et ont constaté que les résultats d'ajustement pour chaque participant à l'étude étaient très similaires à ce qu'ils avaient trouvé en utilisant le cMaSK.

Ajustement personnalisé

Les chercheurs espèrent que leurs découvertes encourageront les fabricants de masques à concevoir des masques qui s'adaptent à une variété de formes et de tailles de visage, en particulier les visages des femmes. Le laboratoire de Dagdeviren prévoit de travailler sur la production de masse et le déploiement à grande échelle de l'interface cMaSK.

"Nous espérons réfléchir à des moyens de concevoir des masques et de trouver le meilleur ajustement pour les individus", déclare Dagdeviren. "Nous avons différentes tailles de chaussures, et vous pouvez même personnaliser vos chaussures. Alors pourquoi ne pouvez-vous pas personnaliser et concevoir votre masque, pour votre propre santé et pour le bien de la société ?"

Les chercheurs espèrent également revenir à leur idée originale d'étudier les effets de la pollution de l'air sur les personnes qui travaillent à l'extérieur.

"Notre technologie peut vraiment aider à quantifier les coûts sociaux de ces risques environnementaux, et aussi à mesurer les avantages de tout type d'intervention politique", a déclaré Zheng.

La recherche a été financée par le MIT Media Lab Consortium, le 3M Non-Tenured Faculty Award et le MIT International Science and Technology Initiative (MISTI) Global Fund.

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