Ajuste perfecto, protección y comodidad. Una mascarilla ideal gracias a la tecnología 3D

27 ago 2021

Agosto de 2020. Mientras los incendios forestales se extendían por el oeste de EE.UU. durante la pandemia de coronavirus, Kevin Ngo estaba a punto de dar con el mejor diseño de su vida.

Esta singular creación de Kevin, que lleva dos años de desarrollo, está pensada para proteger no sólo a sus tres hijos, sino a cualquier niño en edad escolar, tanto de los virus como de la contaminación atmosférica. Y un escaneo rápido y preciso es la base del proyecto personal más importante de Kevin hasta la fecha, la Flo Mask.

La Flo Mask es una mascarilla respiratoria reutilizable de filtración submicrónica de última generación para niños. Su eficacia radica en su exclusivo filtro y en su junta hecha a medida, diseñada por diseñadores de productos de prestigio para que se adapte perfectamente a los niños de 4 a 12 años. Fabricados en EE.UU., estos filtros atrapan partículas del aire de hasta 0,1 micras. Pruebas independientes realizadas por los laboratorios Nelson han demostrado que los filtros de la Flo Mask bloquean más del 99,8% de los virus, superando en un 600% las normas de transpirabilidad de la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU.).

Basándose en esta tecnología, Kevin está creando una mascarilla respiratoria para adultos. Se ha inscrito en el concurso Mask Innovation Challenge: Building Tomorrow's Mask, convocado por el Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE.UU. Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA).

Este concurso busca desarrollar diseños innovadores y eficaces de aparatos de producción masiva y bajo coste que pueda usar el público en general para protegerse de los patógenos de las enfermedades respiratorias. Kevin's Air Flo Labs, LLC ha llegado a la final y sigue optando a un gran premio en metálico. Hasta cinco ganadores, que se anunciarán a finales de año, se repartirán un premio total de 400.000 dólares.

La junta de silicona de la Flo Mask proporciona comodidad, mientras que su filtro único, verificado por los laboratorios Nelson, supera los estándares de transpirabilidad de la FDA en un 600%.

La idea

El concepto surgió de una carencia dentro del mercado. "Para los adultos, tenemos unas magníficas mascarillas N95 de alta protección, pero en ese momento no había ninguna opción para los niños", dice Kevin. "La ironía es que los más vulnerables eran los que no tenían esa solución". Al no encontrar una mascarilla que protegiera de forma segura a sus hijos, Kevin se propuso inventar una.

El proyecto Flo Mask comenzó a tomar forma en el verano de 2018, la temporada de incendios forestales más mortífera y destructiva de la que se tiene constancia en California. En 2020, fue especialmente grave.

“Los niños volvían a casa de la escuela con náuseas y con fuertes dolores de cabeza. La escuela nos envió un correo electrónico para decirnos que, aunque tuvieran una mascarilla N95, no se las pusieran a los niños porque no les cabía, y los niños seguían respirando aire tóxico".

Kevin Ngo, el padre de Silicon Valley que creó Flo Mask para proteger a sus hijos de la contaminación atmosférica y los virus.

Kevin estudió a fondo los diferentes dispositivos respiratorios disponibles para niños de países que tienen más contaminación atmosférica, pero ninguno cumplía sus expectativas. "Compré todo tipo de mascarillas para niños en todo el mundo. Todas las que evaluamos se ajustaban mal, eran incómodas o tenían una eficacia dudosa. Muchas de las mascarillas eran de tela, y sabemos que no sirven para filtrar las partículas PM2,5".

Con una extensa experiencia en realidad aumentada y realidad virtual, Kevin sabía exactamente por dónde empezar el desarrollo de su propia mascarilla facial para niños: el escaneo 3D.

Kevin probó muchas opciones, pero ninguna de ellas cumplía todos los requisitos. O bien no había calidad de los datos capturados, o le faltaba velocidad para capturarlos, o ambas cosas. Para este proyecto la precisión era indispensable.

Bocetos de varios diseños de Flo Mask

 

Encontré a Indicate Technologies, y me dijeron que tenían un equipo de Artec 3D", explica Kevin. "Los llamé en mi día libre y me dijeron que me pasara".

Como la oficina del Socio Certificado Gold de Artec 3D Indicate Technologies se encuentra a 15 minutos en coche de la casa de Kevin, no le costó mucho reunirse con el experto en productos 3D de la empresa, Márcio Adamy. A medida que Kevin le contaba los requisitos de su proyecto y del escáner 3D (alta velocidad, resolución y precisión), Márcio, que también es padre de familia y sabía acerca del problema, enseguida pensó en Artec Eva.

Artec Eva, escáner 3D portátil de luz estructurada (precisión: hasta 0,1 mm, resolución: hasta 0,2 mm).

“Le demostramos que Artec Eva era seguro para el escaneo de la cara de los niños, y le enseñamos a Kevin cómo usar el escáner y el software, así como algunos consejos y trucos para hacerlo lo más rápido posible", dijo Márcio. Como Kevin necesitaba el escáner sólo para este proyecto, negoció el alquiler de Artec Eva durante unas semanas.

Un escáner 3D portátil, Artec Eva usa luz blanca estructurada, que es 100% segura para las personas, para crear escaneos de objetos medianos y grandes a velocidad y con una precisión de hasta 0,1 mm y una resolución de hasta 0,2 mm (en modo HD).

“Márcio fue un instructor estupendo, por lo que sólo tardé una hora en aprender a utilizar el escáner", afirma Kevin.

Kevin escanea en 3D a su hijo con Artec Eva.

Durante los dos fines de semana siguientes, Kevin recorrió toda la bahía de San Francisco y escaneó a "todos los niños de 5 a 11 años que conocía". Era muy importante recopilar un amplio rango de datos en 3D para tener en cuenta la diversidad de puentes nasales y tamaños, por lo que se escaneó a niños de distintas etnias (asiáticos, hispanos, afroamericanos y caucásicos), mientras que los escaneos completos de la cabeza permitirían un diseño de correas que no rozara la delicada piel detrás de las orejas.

Cada escaneo de cabeza llevaba unos 20 segundos, y sólo 30 segundos más de limpieza tras el escaneo. A pesar de sus temores iniciales, no necesitó de un portátil con Windows para ejecutar Artec Studio, su MacBook Pro de 2015 con Boot Camp cumplía para procesar el escaneo sin problemas.

El primer intento de escaneo 3D del hijo de Kevin, utilizando Artec Eva, con todos los rasgos físicos fielmente reconstruidos.

“Había una fila enorme de niños en el colegio de mis hijos, para escanearse. Por suerte, Artec Studio me permite hacer la limpieza de datos a posteriori", afirma. “Todo lo que tenía que hacer era eliminar los restos que aparecían detrás de la cabeza. Fue muy fácil quitar todo el ruido.

Tras el procesamiento en Artec Studio, cada escaneo de la cabeza se enviaba al software Pro Engineer CAD. "Alineamos cada escaneo tomando como referencia la comisura de los labios y, a partir de ahí, encontramos la forma óptima de una talla única". Los escaneos nos ayudaron a diseñar una forma que teníamos clara al 90%. Después, realizamos varias rondas de impresión en 3D y pruebas de ajuste con niños, haciendo pequeños retoques cada vez y consiguiendo gradualmente prototipos de mayor calidad".

La elaboración del diseño ideal de la junta.

Refinando el diseño

A partir de este momento, Kevin y su equipo (tres amigos expertos en sus respectivos campos) tuvieron que redefinir el diseño.

“Hicimos una impresión con PolyJet para simular cómo quedaría la silicona, y eso nos ayudó a validar la forma que teníamos", explica Kevin. A continuación, el equipo pasó a la producción. En la fase de moldeo, el caucho de silicona líquida se pegó a las piezas de plástico para que salieran como una sola pieza en la que la abertura del filtro sería el único lugar por el que podrían penetrar las partículas transportadas por el aire.

De este modo, la junta blanda de la Flo Mask podía adaptarse perfectamente a la cara del niño sin que la mascarilla tocara sus labios. Las correas ajustables se diseñaron para evitar el contacto con las orejas y se añadió un revestimiento de goma en la correa superior para evitar que se deslizara por la cabeza.

El equipo de Flo Mask consiguió el encaje a medida de la junta tras varias fases de diseño CAD, impresión 3D y pruebas.

Los innovadores filtros

Aunque la búsqueda del filtro adecuado fue una ardua tarea que estuvo a punto de hacer que Kevin cancelara todo el proyecto, dar con el que fuera transpirable era primordial para la calidad del producto.

Normalmente, un filtro se compone de fibras tejidas muy apretadas para impedir el paso de las partículas. Una mayor protección tiene como inconveniente una menor transpirabilidad. "Parecía que no había ningún filtro en el mundo que fuera lo suficientemente transpirable, pero finalmente encontré una empresa médica aquí en Estados Unidos que fabrica filtros para respiradores".

Los filtros de ventilación fabricados con una tela no tejida llamada Spunbond resultaron ser muy eficaces al bloquear los virus, manteniendo al mismo tiempo un gran flujo de aire. "El proceso de fabricación de estas es muy distinto", nos explica Kevin. "No tejen las fibras, sino que las agujerean. Y ese proceso crea una carga electrostática, que es muy eficaz para atraer las partículas nocivas y los virus."

Los filtros desechables de la Flo Mask pueden durar hasta ocho horas de uso continuo. "En un entorno lleno de humo, el filtro se cargará más rápidamente, por lo que habrá que sustituirlo antes", explica Kevin. "Si sólo llevan la mascarilla para ir al supermercado, el filtro durará varios días. El resto de la máscara se puede lavar con agua y jabón, y se seca en una hora".

Lavar la Flo Mask es muy fácil

¿Qué opinan los usuarios?

"Todavía no he encontrado un niño para el que no encaje perfectamente nuestro diseño", dice Kevin. " Hicimos escaneos de niños de edades comprendidas entre los 5 y los 11 años, y la forma que obtuvimos fue tan buena que pudimos ampliarla a edades comprendidas entre los 4 y los 12 años. Superamos las expectativas". En este momento, niños de hasta dos años han podido usar estas mascarillas.

Los fines de semana, Kevin suele llevar a sus hijos al parque, donde pasan horas jugando al fútbol con ellas. "No tienen ningún problema para respirar o hablar cuando corren con sus amigos", dice Kevin, y añade que el Dr. James Cisco, cofundador de Burgess Pediatrics en Menlo Park (California), dio su aprobación a Flo Mask después de medir el nivel de oxígeno en sangre de la hija de Kevin, de 4 años, mientras llevaba puesta su Flo Mask. El pediatra quedó convencido al 100%.

“Flo Mask está subiendo el listón de las mascarillas para niños. Su exclusiva junta de silicona, su eficacia del filtrado y su posibilidad de lavado son algo único", afirma el Dr. Cisco.

Los filtros Flo Mask son eficaces en hasta 0,1 micras, según las pruebas y verificaciones de los laboratorios Nelson, bloqueando más del 99,8% de los virus.

Las familias que participaron en el desarrollo de FloMask recibieron el producto de forma gratuita, y quedaron más que satisfechas con los resultados.

Un alumno de 5º grado llamado Patrick que probó Flo Mask en un avión dice que se sintió cómodo con el producto rápidamente. "A pesar de que me apretaba un poco la cara, era bastante cómodo y, al poco rato, ya ni la notaba".

“Este tipo de mascarilla es sin duda la mejor para los niños que llevan gafas", agrega su padre. "Hay mucha menos condensación en las gafas al respirar a través de esta mascarilla".

La madre de dos niños de 5 y 10 años elogió la combinación de eficacia y estilo.

“Asegura un buen sellado alrededor de la parte inferior de la cara, y su rigidez permite que haya espacio delante de la boca para que puedan respirar", explica. "Y, desde luego, destaca por su estilo.”

Ya disponible, Flo Mask

Después de dos años y montones de prototipos, la Flo Mask se lanzó al mercado finalmente en diciembre de 2020. Hasta la fecha, hay más de 2.000 niños en Estados Unidos que llevan la Flo Masks, y muchos padres están encantados con ella. En Amazon tiene una valoración de 4,5 estrellas.

Una Flo Mask con cinco kits de filtros desechables.

“Con la actual pandemia, las mascarillas son más necesarias que nunca", dice Kevin. "A medida que el mundo comienza a volver a la normalidad, con los niños volviendo a la escuela o viajando de nuevo, esta icónica mascarilla puede resultar muy útil. Todavía no he encontrado una solución que se adapte tan bien como la nuestra, lo que habla muy bien de lo increíble que es el equipo de Artec 3D. Crear la Flo Mask no habría sido posible sin Artec Eva.