Matthew Stamatsは、さまざまなマスクをテストしています。出典：NIST
多くの人々は、疾病管理予防センターのガイドラインに従って、COVID-19の拡散を遅らせるために公共の場でマスクを着用しています。ただし、呼気弁付きのマスクは感染の拡大を遅らせることはありません。米国国立標準技術研究所（NIST）からの新しいビデオは、その理由を示しています。
ビデオは、呼気弁がある場合とない場合のマスクを通る気流を示しています。資料は、NISTリサーチエンジニアのMatthewStamatsによって作成されました。ビデオは、ジャーナルPhysics ofFluidsのコンパニオンリサーチペーパーと一緒に公開されています。
「ビデオを並べて比較すると、その違いは際立っています」とStaymats氏は述べています。 「これらのビデオは、バルブが空気をろ過せずにマスクから逃がす方法を示しています。これは、マスクの本質に反します。」
呼気弁は、マスクを通しての呼吸をより簡単でより快適にします。マスクがユーザー自身を保護することを目的としている場合に適しています。たとえば、バルブ付きのマスクは、建設現場のほこりから労働者を保護し、感染した患者から病院のスタッフを保護します。
COVID-19の拡散を遅らせるために推奨されるマスクは、主に着用者の周りの人々を保護するために設計されています。それらは、ウイルスを含む可能性のある吐き出された液滴をトラップし、したがって感染の拡大を遅らせます。専門家によると、症状のない人でも無症状で病気を運ぶことができるので、マスクを着用する必要があります。
Schlierenイメージングシステムで作成されたこのビデオは、呼気弁付きのN95マスク（左）と呼気弁なしのマスクの気流のダイナミクスを示しています。空気はろ過されずにバルブを通過します。バルブマスクはCOVIDの拡散を遅らせないため、この目的で着用しないでください。出典：Matthew Stamats / NIST
「身を守りたいのでマスクはしません。ステイマット氏によると、私は無症候性の患者であり、知らないうちにウイルスを広める可能性があるため、隣の人を保護するために着用しています。 「しかし、私がバルブ付きのマスクを着用している場合、私は状況を助けていません。」
Staymatsは、カメラで空気の動きをキャプチャできるフローイメージング技術のエキスパートです。彼は通常、空港やターミナルで爆発物や薬物を検出するための新しい技術に取り組んでおり、文字通り空気中のこれらの物質の痕跡を嗅ぎ分けています。最近、Staymatsは、その効果を測定および改善するための新しい方法を開発するためにマスクを採用しました。
Staymatsは2つのビデオを録画し、異なるフローレンダリング手法を使用しました。最初のビデオは、いわゆるシュリーレンイメージングシステムを使用して作成されました。これにより、空気密度の違いが影と光のパターンとしてカメラに表示されます。
シュリーレン法は、周囲の空気よりも暖かく、密度が低いため、呼気が見えるようにします。このビデオは、空気中の吐き出された液滴の動きではなく、空気自体の動きのみを示しています。左のビデオでは、Staymatsは、吐き出された空気がろ過されずに環境に入ることができるバルブ付きのN95呼吸器を装着しています。右側にバルブはなく、空気はマスクを通過し、ほとんどの液滴がろ過されます。
このビデオは、光散乱技術を使用して作成されました。ビデオは、呼気弁付き（左）と呼気弁なし（中央）のN95マスクを装着したときの気流のダイナミクスを示しています。バルブマスクはCOVIDの広がりを遅らせないので、そうするために着用しないでください。出典：Matthew Stamats / NIST
Staymatsは、光散乱を使用して2番目のビデオを作成しました。
2番目のビデオでは、研究者は眠っている大人の速度とペースで空気を放出するデバイスを作成し、そのデバイスをダミーに接続しました。空気は、液滴が吐き出される代わりに、さまざまなサイズの水滴を運びます。これは、吐き出したり、話したり、咳をしたりするときの人間の呼吸における液滴の典型です。マネキンの後ろにある高輝度のLEDライトが液滴を照らし、液滴を拡散させて撮影時に表示します。
シュリーレン法での撮影とは対照的に、このビデオは空中の液滴の動きを示しています。左側では、液滴が出てきて、N95マスクのバルブを通してろ過されていません。マスクが滴を閉じ込めたため、中央にバルブがなく、呼吸が見えません。マスクは右側にありません。
マネキンと機械式呼吸装置を使用して、スタメットは呼吸速度、空気圧、およびその他の変数を一定に保ちながら、気流パターンを観察しました。
さらに、光散乱によってキャプチャされたビデオは、シュリーレン画像では不可能な方法でコンピュータ上で分析できます。 Staymatsは、ビデオの明るいピクセルをカウントするコードを作成し、それを使用して空中の液滴の数を推定しました。これは液滴数の正確な測定値ではありません。2Dビデオでは、3Dボリュームの空気全体で何が起こっているかをキャプチャできません。ただし、得られた数値は、さまざまなタイプのマスクを通過する気流のダイナミクスをよりよく理解するために分析できる傾向を示しています。
この研究プロジェクトでは、1種類のバルブマスクのみを調査しました。他のタイプのバルブマスクは動作が異なります。顔の周りにぴったりとフィットしないマスクは、空気がマスクを通過するのではなく、マスクの周りを通過することを可能にします。また、マスクのパフォーマンスを低下させる可能性があります。
バルブの主な効果は、これらのローラーでまだ確認できます。Staymatsは、COVID-19の拡散を遅らせるように設計されたマスクにバルブがない理由をビデオが一目で理解するのに役立つことを願っています。
