Un modo più olistico ed efficiente di testare

Dispositivi di modellamento per l'uomo

Laboratori nazionali DOE/Sandia

immagine: Michael Omana applica una maschera all'attuale generazione della testina stampata in 3D durante i test presso i Sandia National Laboratories.vedere di più

Credito: Craig Fritz/Sandia National Laboratories

ALBUQUERQUE, Nuovo Messico – Un team dei Sandia National Laboratories ha sviluppato un modo più rapido e completo per testare i dispositivi di protezione individuale o DPI. Il principio di base: modellare un dispositivo per adattarlo alla forma umana e al comportamento umano.

Quando il COVID-19 ha colpito, i test sui DPI sono diventati una necessità urgente. Nel marzo 2020, quando il paese è entrato in lockdown, molte persone si sono rivolte a Sandia per ricevere supporto nei test dei DPI. Stavano cercando di immettere nuove maschere sul mercato, fornire garanzia di qualità per le maschere importate e processi di pulizia veterinaria per il riutilizzo dei DPI monouso.

"Sia che si utilizzassero sistemi di test dei filtri interni o commerciali, abbiamo riscontrato che il processo di test richiedeva molto tempo e non era efficiente come avrebbe potuto essere", ha affermato Michael Omana, uno scienziato dell'aerosol presso Sandia.

Il team, che comprende gli ingegneri Todd Barrick e Brad Salzbrenner, era determinato a trovare una soluzione migliore. Stavano cercando di pensare a modi in cui i respiratori potessero essere testati rapidamente, non in modo distruttivo, e introdurre altre funzionalità di test, incluso andare oltre il test del materiale di filtraggio.

Il vecchio modo di testare L’attuale metodo per testare i DPI prevede il fissaggio di una maschera su una piastra piana all’interno di una scatola, utilizzando cera calda o mastice, e quindi l’introduzione di un aerosol di prova per misurare i livelli di penetrazione. Per ottenere la certificazione dell’Istituto Nazionale per la Sicurezza sul Lavoro è necessario testare 20 mascherine dello stesso tipo. Ciò si è rivelato dispendioso in termini di tempo. Durante la pandemia, ciò ha comportato un enorme arretrato di test per l’industria dei respiratori.

Tuttavia, il team ha affermato che il tempo era solo un problema. Il processo attuale non tiene conto di altri fattori legati all’uso della maschera.

"Tutto quello che stai facendo è testare il mezzo filtrante stesso", ha spiegato Barrick. "Non mette alla prova la geometria, il modo in cui il respiratore si adatta a un viso, come viene spostato e rimosso più volte, come funzionano le cinghie, come funziona il ponte nasale, come la maschera può indossarsi nel tempo."

C’era anche la questione del riutilizzo dei DPI. Con una tale carenza a livello mondiale, i lavoratori in prima linea sono stati costretti a riutilizzare i respiratori progettati per uso monouso. Tuttavia, non esisteva un metodo standard per testare il riutilizzo delle mascherine.

"Penso che ci siano state molte lezioni apprese da tutti coloro che improvvisamente hanno guardato quali fossero gli standard del settore", ha detto Omana.

Una nuova idea

Il team ha avuto una nuova idea per accelerare il processo e renderlo più efficace. Hanno iniziato creando un modello di volto umano che potesse essere caricato in un sistema di test di filtraggio commerciale.

"Volevamo test più rapidi e esaminare più funzionalità, ad esempio come si adatta la maschera a un viso", ha affermato Salzbrenner. “Abbiamo utilizzato le funzionalità di stampa 3D per renderlo più flessibile, come la pelle”.

Una volta fissata la maschera al modulo, il tester esercita una pressione per garantire una chiusura ermetica e quindi introduce l'aerosol.

Ma il team ha concordato che si potrebbe fare ancora di più. Gli attuali standard di test non tengono conto del modo in cui una persona reale potrebbe indossare una maschera e delle lacune o dei difetti che una maschera potrebbe presentare in condizioni di vita reale. Quindi, hanno sviluppato una versione più complessa utilizzando una testa umana completa.

Una volta applicata la maschera, l'intera testa viene messa in una scatola ermetica che viene poi posizionata nella macchina e testata, consentendo un flusso d'aria più naturale sulla maschera e ciò che credono sia un'immagine più realistica delle prestazioni della maschera.

Gli ingegneri meccanici del team hanno poi fatto un ulteriore passo avanti per contribuire ad affrontare il riutilizzo dei DPI, qualcosa per cui attualmente non esiste uno standard di test.

“Abbiamo sviluppato la versione con camera per automatizzare la vestizione e la svestizione (l’indossare e togliere un capo) per testare la funzionalità del respiratore nel tempo, un fattore predominante nell’usura di una maschera. Imita anche il modo in cui viene posizionata una maschera sul viso e mostra eventuali spazi vuoti attraverso i quali l’aria e le particelle possono oltrepassare”, ha affermato Salzbrenner.