Perfetta vestibilità. Protezione. Comfort. Questa maschera è un gioiello, grazie alla tecnologia 3D

La sfida: creare la migliore maschera respiratoria per bambini al mondo.

La soluzione: scanner 3D Artec Eva, stampa 3D, co-stampaggio gomma siliconica liquida, software Artec Studio, Pro Engineer e Rhinoceros

I risultati: la scansione 3D con Artec Eva ha aiutato un papà della Silicon Valley a inventare la maschera respiratoria definitiva per proteggere i bambini dall'inquinamento atmosferico e dai virus

Agosto 2020. Mentre gli incendi divampavano negli Stati Uniti occidentali durante la pandemia di coronavirus, a Kevin Ngo mancavano poche settimane per ottenere il design perfetto di un prodotto per lui più importante di qualsiasi altra cosa su cui avesse mai lavorato.

In sviluppo da due anni, questa creazione unica di Kevin è nata per proteggere non solo i suoi tre figli, ma tutti i bambini in età scolare, sia dai virus che dall'inquinamento atmosferico. E la scansione 3D rapida e accurata è uno dei pilastri sui quali si regge il progetto personale più importante di Kevin fino ad oggi, la Flo Mask.

La Flo Mask è una maschera respiratoria di nuova generazione, riutilizzabile e con filtrazione submicronica, pensata per i bambini. La sua forza risiede nel suo speciale filtro e nella guarnizione su misura, progettata da designer di fama mondiale per adattarsi perfettamente ai bambini dai 4 ai 12 anni. Realizzati negli Stati Uniti, questi filtri intrappolano le particelle sospese nell'aria fino a 0,1 micron. Test indipendenti condotti nei Nelson Labs hanno dimostrato che i filtri Flo Mask bloccano oltre il 99,8% dei virus, superando gli standard di traspirabilità della FDA (Food and Drug Administration) del 600%.

Basandosi sulla tecnologia sviluppata durante la progettazione di questa eccezionale maschera respiratoria per bambini, Kevin ne sta ora creando una per adulti. Ha partecipato al concorso Mask Innovation Challenge: Building Tomorrow's Mask lanciato dal Dipartimento della salute e dei servizi umani degli Stati Uniti - l'Autorità per la ricerca e lo sviluppo biomedico avanzato (BARDA).

Questa gara mira a sviluppare progetti innovativi ed efficaci per dispositivi producibili in serie e a basso costo per singolo utilizzo, destinate al pubblico genereale al fine di fornire protezione dai patogeni delle malattie respiratorie. La Air Flo Labs LLC di Kevin ha raggiunto la finale ed è ancora in concorso per un consistente premio in denaro. Fino a cinque vincitori, che saranno annunciati entro la fine dell'anno, si divideranno un montepremi totale di $ 400.000.

La guarnizione in silicone della Flo Mask offre comfort fisico mentre il suo filtro unico, come verificato dai Nelson Labs, supera gli standard di traspirabilità FDA del 600%.

L'inizio

L'idea della maschera nasce da una mancanza nel mercato esistente. "Per gli adulti, abbiamo le fantastiche maschere N95, altamente protettive, ma all'epoca semplicemente non c'era nessuna opzione per bambini," ha affermato Kevin. "Ironicamente, gli individui più vulnerabili erano quelli senza una soluzione. " Facendo fatica a trovare una maschera che proteggesse in modo sicuro i suoi figli, Kevin ha deciso di inventarne una.

Il progetto Flo Mask ha iniziato a prendere forma nell'estate del 2018, la stagione di incendi boschivi più mortale e distruttiva mai registrata in California. Nel 2020, la situazione era ancora drammatica.

"I bambini tornavano a casa da scuola con la nausea, con forti mal di testa. La scuola ci ha persino inviato un'e-mail per dire che, anche se in possesso di una maschera N95, non bisognava farla indossare ai bambini perché non avrebbe aderito al viso e i bambini avrebbero continuato a respirare aria tossica", ha detto.

Kevin Ngo, il papà della Silicon Valley che ha creato Flo Mask per proteggere i suoi figli dall'inquinamento atmosferico e dai virus.

Kevin ha svolto ricerche approfondite sui dispositivi respiratori per bambini disponibili in paesi noti per l'inquinamento atmosferico quotidiano, ma nessuno ha soddisfatto le sue aspettative. "Ho comprato qualsiasi tipo di maschera per bambini da tutto il mondo. Tutte quelle che abbiamo provato avevano una scarsa vestibilità, erano scomode o avevano un'efficacia molto discutibile. Molte delle maschere erano maschere in tessuto, che sappiamo non fanno nulla in termini di filtraggio delle particelle PM2,5", ha affermato.

Brainstorming di vari concetti di design della Flo Mask.

 

Con una vasta esperienza nel campo dell'AR/VR, Kevin sapeva esattamente da dove iniziare lo sviluppo della sua maschera facciale definitiva per bambini: la scansione 3D.

Kevin ha provato dozzine di soluzioni, nessuna delle quali soddisfava tutti i requisiti. La qualità dei dati acquisiti, la velocità di acquisizione o entrambi, non erano soddisfacenti. In questo progetto, ogni mezzo millimetro era cruciale.

"Ho trovato Indicate Technologies, che ha affermato di avere un dispositivo di Artec 3D", ha detto Kevin. "Li ho chiamati nel mio giorno libero e mi hanno invitato a passare."

Dato che l'ufficio del partner certificato Gold di Artec 3D, Indicate Technologies è a 15 minuti di auto da casa di Kevin, non ci è voluto molto tempo prima che incontrasse l'esperto di prodotti 3D dell'azienda, Márcio Adamy. Mentre Kevin raccontava le sfide del suo progetto e i requisiti dello scanner 3D (alta velocità, risoluzione e precisione), Márcio, anche lui un genitore la cui famiglia era stata colpita dall'inquinamento atmosferico, sapeva che tutti i segnali indicavano una soluzione: Artec Eva.

Artec Eva, uno scanner 3D portatile a luce strutturata (precisione: fino a 0,1 mm, risoluzione: fino a 0,2 mm).

"Abbiamo dimostrato che Artec Eva avrebbe funzionato per scansionare il viso dei bambini e abbiamo insegnato a Kevin come utilizzare lo scanner e il software, oltre ad alcuni suggerimenti e trucchi per farlo il più rapidamente possibile", ha affermato Márcio. Poiché Kevin aveva bisogno dello scanner solo per questo progetto, si è accordato per noleggiare un Artec Eva nei fine settimana.

Uno scanner 3D portatile, Artec Eva utilizza la luce bianca strutturata, sicura al 100% per le persone, per creare scansioni di oggetti di medie e grandi dimensioni ad alta velocità, con una precisione fino a 0,1 mm e una risoluzione fino a 0,2 mm (in modalità HD).

"Márcio è stato un ottimo istruttore, quindi ci è voluto solo un'ora per imparare a usare lo scanner", ha detto Kevin.

Kevin scansiona suo figlio in 3D con Artec Eva.

Nei due fine settimana successivi, Kevin ha guidato su e giù per la San Francisco Bay Area, scansionando "ogni bambino dai 5 agli 11 anni che conosceva." Era particolarmente importante raccogliere un ampio spettro di dati 3D per tenere conto della diversità dei ponti nasali e delle dimensioni, quindi sono stati scansionati bambini di varie etnie (asiatici, ispanici, afroamericani e caucasici), mentre le scansioni complete della testa avrebbero consentito un design speciale delle cinghie, in modo che non sfregassero contro la pelle delicata dietro le orecchie. Ogni scansione delle teste ha richiesto meno di 20 secondi e solo 30 secondi di pulizia post-scansione.

Il primissimo tentativo di scansione 3D del figlio di Kevin, utilizzando Artec Eva, con tutte le caratteristiche fisiche ricostruite fedelmente.

"A un certo punto, ci siamo ritrovati con una dozzina di bambini in fila presso la scuola dei miei figli. La bellezza di Artec Studio è il poter fare la pulizia dopo la scansione", ha detto. "Ho dovuto solo eliminare gli artefatti dietro le loro teste. È stato davvero facile liberarsi di tutto il rumore."

Dopo l'elaborazione in Artec Studio, ogni scansione della testa è stata inviata al software CAD Pro Engineer. "Abbiamo allineato ogni scansione basandoci sulla punta delle labbra e da lì abbiamo trovato la forma ottimale adatta a tutte le dimensioni. Le scansioni ci hanno aiutato a ideare una forma che fosse pronta al 90%. Abbiamo quindi eseguito una mezza dozzina di cicli di stampa 3D e test di prova sui bambini, apportando di volta in volta piccole correzioni e ottenendo progressivamente prototipi a risoluzione sempre più elevata", ha affermato Kevin.

Cercando il design della guarnizione perfetto.

Raffinare il design

Una volta arrivati fino a questo punto, Kevin e il suo team, tre amici esperti nei propri campi, hanno dovuto ripensare il design.

"Abbiamo realizzato una stampa PolyJet per simulare come sarebbe stato un potenziale materiale in silicone, e questo ha contribuito a convalidare la forma che avevamo", ha detto Kevin. Successivamente, il team è passato agli strumenti di produzione. Nella fase di co-stampaggio, della gomma siliconica liquida è stata incollata alle parti in plastica per ottenere un unico pezzo in cui l'apertura del filtro sarebbe stata l'unico punto in cui le particelle sospese nell'aria potevano penetrare.

Di conseguenza, la morbida guarnizione della Flo Mask potrebbe contornare perfettamente il viso di un bambino evitando che la maschera tocchi le sue labbra. Le cinghie regolabili sono state progettate per lasciare libere le orecchie ed è stato aggiunto un supporto in gomma sulla cinghia superiore per evitare che scivoli dalla testa.

Il team di Flo Mask ha scelto la forma su misura della guarnizione dopo diversi cicli di progettazione CAD, stampa 3D e test.

Gli innovativi filtri

Trovare il filtro giusto è stato un compito difficile che ha quasi portato Kevin a cancellare l'intero progetto, ma trovare quello giusto con traspirabilità è stato fondamentale per la qualità della maschera.

Normalmente un filtro è costituito da fibre intrecciate molto strettamente per impedire il passaggio delle particelle. Più la protezione è elevata peggio si respira. "Non sembrava che esistesse alcun filtro al mondo che fosse abbastanza traspirante, ma alla fine ho trovato un'azienda medica qui negli Stati Uniti che produce filtri per ventilatori", ha detto Kevin.

I filtri di ventilazione realizzati in tessuto non tessuto chiamato Spunbond si sono dimostrati notevolmente efficaci nel bloccare i virus, mantenendo un elevato volume di flusso d'aria. "Il loro processo di produzione è molto diverso", ha spiegato Kevin. "Non stanno tessendo delle fibre, stanno facendo dei buchi veri e propri nel filtro. E questo processo crea una carica elettrostatica, che è molto efficiente nell'attirare particelle e virus dannosi."

I filtri usa e getta della Flo Mask possono durare fino a otto ore di uso continuo. "In un ambiente pieno di fumo il filtro si caricherà più rapidamente, quindi ti consigliamo di sostituirlo prima", ha spiegato Kevin. "Se stanno indossando la maschera solo per un giro al supermercato, il filtro durerà più giorni. Il resto della maschera può essere lavato con acqua e sapone e si asciuga in un'ora."

Lavare la Flo Mask è davvero facile.

Le opinioni degli utenti

"Devo ancora trovare un bambino al cui volto la nostra maschera non si adatti perfettamente", ha detto Kevin. "Abbiamo scansionato bambini dai 5 agli 11 anni e la forma che abbiamo ottenuto era tanto soddisfacente che abbiamo potuto estenderla a 4-12 anni. Oltre ogni più rosea aspettativa." A questo punto anche i bambini di appena due anni hanno potuto beneficiare di queste maschere.

Nei fine settimana Kevin porta spesso i suoi figli nei parchi, dove trascorrono ore a giocare a calcio con le loro maschere. "Non hanno problemi a respirare o parlare quando sono in giro con i loro amici", ha detto Kevin, aggiungendo che il dottor James Cisco, co-fondatore di Burgess Pediatrics a Menlo Park, in California, ha approvato la Flo Mask dopo aver misurato il livello di ossigeno nel sangue della figlia di 4 anni di Kevin mentre indossava la sua Flo Mask. Il pediatra si è convinto una volta che ha letto un valore di 100%.

"La Flo Mask sta alzando lo standard delle maschere per bambini. L'esclusiva guarnizione in silicone, l'efficienza di filtrazione e la possibilità di lavarle sono diverse da qualsiasi cosa io abbia mai visto", ha affermato il dottor Cisco.

I filtri Flo Mask sono efficaci fino a 0,1 micron, come testato e verificato da Nelson Labs, bloccando oltre il 99,8% dei virus.

Le famiglie che hanno partecipato allo sviluppo di FloMask hanno ricevuto il prodotto gratuitamente e sono state oltremodo soddisfatte dei risultati.

Un bambino di quinta elementare di nome Patrick che ha provato Flo Mask su un aereo dice che si è sentito subito a suo agio con il prodotto. "Nonostante mi schiacciasse un po' il viso, era comodo abbastanza e, dopo poco tempo, non riuscivo più a sentirlo", ha detto.

"Questo tipo di maschera è sicuramente migliore per i bambini che portano gli occhiali", ha aggiunto suo padre. "Molti meno problemi con la condensa sugli occhiali quando si respira attraverso la maschera."

Una madre di due bambini di 5 e 10 anni ha elogiato la combinazione di efficacia e stile.

"Fornisce una buona tenuta intorno alla parte inferiore del viso e la rigidità garantisce uno spazio aperto davanti alla bocca mentre respirano", ha detto. "Ed è sicuramente bella anche in termini di stile.”

Le Flo Mask, ora disponibili

Dopo due anni e decine di prototipi, la Flo Mask è stata lanciata ufficialmente nel dicembre 2020. Ad oggi, ci sono oltre 2.000 bambini negli Stati Uniti che indossano le Flo Mask, con molti genitori entusiasti dell'amore dei loro figli per la maschera su Amazon, dove vanta una valutazione media dei clienti di 4,5 stelle.

Una Flo Mask con cinque confezioni di filtri usa e getta.

"Con l'attuale pandemia, le maschere sono necessarie ora più che mai", ha affermato Kevin. "Mentre il mondo inizia a riaprirsi, con i bambini che tornano a scuola o che viaggiano di nuovo, le persone potrebbero notare una nuova maschera dall'aspetto molto iconico. Devo ancora vedere una soluzione efficace nel trovare un'indossabilità così perfetta, a testimonianza di quanto siano straordinarie le apparecchiature Artec 3D. Creare la Flo Mask non sarebbe stato possibile se non per Artec Eva."