Gli ingegneri della Northwestern University di Chicago, Illinois, hanno sviluppato una nuova piattaforma “Smart Sensor” per mascherine respiratorie, chiamato “Fitbit for the face”. Soprannominato “FaceBit”, il sensore, leggero come una piccola moneta, si attacca a qualsiasi mascherina di tipo N95, panno o mascherina chirurgica. Non solo, il dispositivo è in grado di rilevare il ritmo respiratorio, la frequenza cardiaca e il tempo di utilizzo della mascherina in tempo reale, ma può anche essere in grado di effettuare un particolare test respiratorio, misurando l’adattamento della mascherina al viso. Tutte queste informazioni vengono quindi trasmesse in modalità wireless a un’app per smartphone che monitora lo stato di salute della persona. L’app può avvisare immediatamente l’utente quando si verificano inaspettatamente dei problemi, come battito cardiaco elevato o fuoriuscita d’aria dalla mascherina. I dati fisiologici possono anche essere usati per prevedere la fatica, lo stato di salute fisica e lo stato emotivo dell’utilizzatore.
Sebbene una minuscola batteria alimenti il dispositivo, FaceBit è progettato per raccogliere energia da qualsiasi varietà di fonti ambientali, inclusa la forza del respiro, il movimento e il calore dal fiato e dal sole. Ciò prolunga la durata della batteria del sensore, allungando il tempo tra una ricarica e l’altra. “Volevamo progettare una mascherina facciale intelligente per gli operatori sanitari che non avesse bisogno di essere indossata in modo scomodo o errato durante il turno di lavoro”, ha affermato Josiah Hester della Northwestern University, che ha guidato lo sviluppo del dispositivo. “Abbiamo aumentato l’energia della batteria con la raccolta di energia da varie fonti, il che significa che puoi indossare la mascherina per una o due settimane senza dover caricare o sostituire la batteria”.
La ricerca è stata pubblicata poco tempo fa negli Atti della ACM International Conference Proceeding Series sulle tecnologie interattive, mobili, indossabili e ubiquitarie. Nello studio, i ricercatori hanno scoperto che la precisione di FaceBit è simile a quella dei dispositivi clinici e la batteria è durata più di 11 giorni tra una ricarica e l’altra. Maggiori informazioni sono disponibili su facebit.health.
Josiah Hester è un assistente professore di informatica, ingegneria informatica e ingegneria elettrica e Breed Junior Professor of Design presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. Prima di progettare FaceBit, Hester e i suoi collaboratori hanno intervistato medici, infermieri e assistenti sanitari per comprendere meglio le loro esigenze in materia di mascherine facciali intelligenti. Tutti i medici hanno indicato che la qualità della vestibilità della mascherina è la cosa più importante, specialmente quando si lavorava a diretto contatto con pazienti con infezioni virali.
Ancora oggi, per garantire che le loro mascherine N95 siano adeguatamente aderenti al viso, gli operatori sanitari si sottopongono periodicamente a un “test di adattamento” di 20 minuti. Durante questo processo, gli operatori sanitari indossano, prima, una mascherina N95 e successivamente una sorta di cappuccio trasparente su tutta la testa. Un tecnico, quindi, pompa nebbie aerosol dolci o amare nel cappuccio. La concentrazione dell’aerosol viene gradualmente aumentata all’interno del cappuccio fino a quando l’odore dell’aria viene rilevato dalla persona che indossa la mascherina. Se chi lo indossa percepisce un sapore amaro o dolce dopo un certo numero di pompe aerosol, la mascherina non è adeguatamente sigillata.
Con FaceBit non è ancora possibile sostituire questo lungo processo di test, ma si può garantire che la mascherina mantenga sempre una adeguata aderenza al viso. Se la mascherina si allenta durante il giorno o se l’utente urta la mascherina durante un’attività, ad esempio, FaceBit può avvisare chi la indossa.
“Se indossi una mascherina per 12 ore o più, a volte il tuo viso può diventare insensibile”, ha detto Hester. “Potresti anche non renderti conto che la tua mascherina è allentata perché non la senti o sei troppo esausto per notarlo. Possiamo approssimare il processo di test di adattamento misurando la resistenza della mascherina. Se vediamo un improvviso calo della resistenza, ciò indica che si è formata una perdita e possiamo avvisare chi lo indossa! Ma non solo…”. Secondo Hester, ogni volta che il cuore di una persona batte, la sua testa si muove in modo impercettibile. FaceBit può percepire quel movimento sottile e differenziarlo da altri movimenti per calcolare la frequenza cardiaca.
“Quando il tuo cuore spinge molto sangue attraverso il corpo, la sua forza balistica è piuttosto forte”, dice Hester. “Siamo stati in grado di far percepire ai sensori quella forza mentre il sangue viaggia nella giugulare, fino al viso”. Poiché gli eventi stressanti possono suscitare risposte fisiologiche, inclusa una rapida respirazione, FaceBit può utilizzare tali informazioni per avvisare l’utente per fare una pausa, fare una passeggiata o fare dei respiri profondi per calmarsi. Si potrebbero anche utilizzare questi dati per ottimizzare i turni e gli orari delle pause del personale sanitario. E poiché la frequenza cardiaca e la frequenza respiratoria sono così strettamente intrecciate tra loro, avere la capacità di monitorare entrambe, in questo modo, potrebbe aprire nuove possibilità di ricerca.
Esperto di tecnologia sostenibile e senza batteria, Hester spera che il suo team alla fine sia in grado di rendere FaceBit completamente privo di batteria. Ora, il respiro e i movimenti di chi lo indossa o il sole possono prolungare la durata della batteria. Ma, in futuro, l’energia termica e cinetica raccolta potrebbero alimentare esclusivamente il dispositivo. Sebbene il suo team abbia testato il dispositivo su volontari in scenari del mondo reale, Hester ha affermato che FaceBit deve ancora essere sottoposto a studi clinici e convalida. Il team ha rilasciato il progetto come open source in modo che altri possano, eventualmente, aggiornare e convalidare il dispositivo.
“FaceBit costituisce un primo passo verso il rilevamento di parametri reali sul viso e offre un’opzione sostenibile, conveniente e confortevole per il monitoraggio sanitario generale per i lavoratori in prima linea contro il COVID-19 e oltre”, ha affermato Hester. “Sono davvero entusiasta di consegnarlo alla comunità di ricerca per vedere cosa possono farci”.