Идеальная посадка. Защита. Комфорт. Благодаря 3D-технологии эта маска отвечает всем поставленным требованиям

27 авг. 2021

Август 2020 года. Помимо пандемии коронавируса на западе США разразились лесные пожары. Именно на фоне такой обстановки Кевин Нго был буквально в шаге от изобретения продукта, который был для него важнее всего, над чем он когда-либо работал.

Спустя два года разработок свет увидело уникальное изобретение Кевина, которое способно защитить не только его троих детей, но и любых других учеников возраста начальной школы как от вирусов, так и от загрязнения воздуха. А быстрый и точный 3D-сканер стал одной из основ, на которых базируется самый важный на сегодняшний день личный проект Кевина под названием Flo Mask.

Flo Mask — это новейшая многоразовая респираторная маска для детей с субмикронной фильтрацией. Ее особенность заключается в уникальном фильтре и изготовленном по индивидуальному размеру уплотнителю, который превосходно подходит для детей в возрасте от 4 до 12 лет. Эти изготовленные в США фильтры препятствуют проникновению частиц размером вплоть до 0,1 микрона. Независимые тесты лаборатории Nelson Labs показали, что фильтры Flo Mask блокируют более 99,8 % вирусов, что на 600 % превышает стандарты воздухопроницаемости Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA).

На базе технологии, которая использовалась для изготовления лучшей респираторной маски для детей, Кевин теперь создает модель для взрослых. Со своей разработкой он участвует в конкурсе на создание инновационной маски будущего Mask Innovation Challenge: Building Tomorrow’s Mask, организованного Управлением перспективных биомедицинских исследований и разработок (BARDA) Министерства здравоохранения и социальных служб США.

Задача этого конкурса состоит в разработке инновационных и эффективных моделей, подходящих для массового производства и имеющих низкую стоимость использования. Они должны подходить для основной части населения и защищать от патогенов, вызывающих респираторные заболевания. Принадлежащая Кевину компания Air Flo Labs, LLC попала в список финалистов и теперь продолжает борьбу за внушительный денежный приз. Общая сумма выигрыша составляет 400 000 долларов США, ее разделят среди победителей конкурса (их будет не больше пяти), которых определят в конце этого года.

Силиконовый уплотнитель маски Flo Mask удобно прилегает к лицу, а уникальный фильтр на 600 % превышает стандарты воздухопроницаемости, установленные FDA (по данным лаборатории Nelson Labs)

С чего всё началось

Идея зародилась на фоне дефицита подобных товаров на рынке. «Для взрослых есть великолепные, очень надежные маски №95, но для детей в то время не было совершенно никаких вариантов, — сетует Кевин. — По злой иронии оказалось, что беззащитными остались самые уязвимые слои населения». Поскольку Кевину было очень сложно найти маску, которая бы надежно защищала его детей, он решил изобрести ее сам.

Проект Flo Mask стал приобретать форму летом 2018 года, когда Калифорнию охватили самые разрушительные и смертоносные лесные пожары в истории. К 2020 году ситуация только ухудшилась.

Кевин вспоминает: «Дети возвращались из школы с тошнотой и сильной головной болью. Учителя даже присылали нам электронные письма, что даже если у нас есть маски №95, не следует давать их детям, поскольку они не подойдут по размеру, и дети будут по-прежнему вдыхать опасный воздух».

Кевин Нго, отец из Кремиевой долины, который создал респираторную маску Flo Mask для защиты своих детей от загрязненного воздуха и вирусов.

Кевин тщательно изучил детские устройства для защиты органов дыхания, которые доступны в странах, ежедневно сталкивающихся с загрязнением воздуха, однако ни одно из них не отвечало его ожиданиям. «Я приобрел все типы детских масок со всего мира. Мы проверили каждую из них, но либо они плохо прилегали к лицу, либо были неудобными, либо же у нас возникали серьезные опасения относительно их эффективности. Многие маски были выполнены из ткани, а значит совершенно не защищали от частиц PM2.5 (размером менее 2,5 микрон)», — объясняет он.

Разработка потенциальных прототипов маски Flo Mask.

Кевин перепробовал десятки решений, но ни одно из них не отвечало всем его требованиям: то не соответствовало качество полученных данных, то скорость их сбора, то оба показателя. Для этого проекта были важны каждые полмиллиметра.

Благодаря богатому опыту работы с технологиями дополненной и виртуальной реальности Кевин точно знал, с чего начать разработку собственной эффективной маски для детей. Логичным решением было 3D-сканирование.

«Я обратился в компанию Indicate Technologies, у которой были устройства Artec 3D, — вспоминает он. — Я позвонил им в свой выходной день, и меня сразу же пригласили на презентацию».

Учитывая, что офис компании Indicate Technologies (сертифицированного партнера Artec 3D с золотым статусом) находится всего в 15 минутах езды от дома Кевина, очень скоро он уже лично общался с экспертом по 3D-продуктам Марсио Адами. Кевин подробно описал задачи проекта и свои требования к 3D-сканеру: высокие скорость, разрешение и точность. Марсио, будучи отцом семейства, дети которого также страдали от загрязнения воздуха, понял, что самым верным решением будет использование сканера Artec Eva.

Artec Eva, портативный 3D-сканер со структурированной подсветкой (точность: до 0,1 мм, разрешение: до 0,2 мм).

«Мы подтвердили, что Artec Eva подходит для сканирования лиц детей, и научили Кевина пользоваться устройством и программным обеспечением, а также подсказали, как делать это максимально быстро», — вспоминает Марсио. Поскольку Кевину нужен был сканер только для одного проекта, он обсудил возможность взять Artec Eva в аренду на выходные.

Портативный 3D-сканер Artec Eva использует белую структурированную подсветку, которая абсолютно безопасна для человека, и быстро создает сканы объектов среднего и крупного размера с точностью до 0,1 мм и разрешением до 0,2 мм (в режиме HD).

«Марсио — великолепный инструктор, всего за один час он научил меня пользоваться этим сканером», — удивляется Кевин.

Кевин сканирует своего сына с помощью Artec Eva.

В течение двух следующих выходных Кевин ездил по району залива Сан-Франциско и сканировал «каждого знакомого ребенка в возрасте от 5 до 11 лет». Было крайне важно собрать широкий диапазон 3D-данных, чтобы учитывать разницу в переносицах и размерах носа. Именно поэтому он сканировал детей разной этнической принадлежности (азиатов, испанцев, афроамериканцев и белокожих), причем не только лицо, но и всю голову, чтобы спроектировать такие ремешки, которые не будут натирать нежную кожу за ушами.

Каждый скан головы занимал менее 20 секунд, и еще 30 секунд уходило на очистку данных после съемки. Вопреки изначальным переживаниям, чтобы запустить Artec Studio, ему не пришлось покупать ноутбук на базе Windows, поскольку для безупречной обработки данных подошел имеющийся MacBook Pro 2015 года с установленным ПО Boot Camp.

Самый первый 3D-скан сына, который сделал Кевин с помощью Artec Eva: точно переданы все физические особенности ребенка.

«В какой-то момент у нас образовалась очередь из десятка одноклассников и школьных друзей моих детей. Прелесть Artec Studio заключается в том, что очищать сканы можно позже, — добавляет он. — Всё, что мне оставалось делать — только удалять артефакты за головами. Однако убрать весь этот шум было крайне просто».

После обработки данных в Artec Studio каждый скан головы был перенесен в САПР Pro Engineer. «Мы выровняли каждый скан по уголкам губ и на основании этого выявили оптимальный размер, который подойдет для любой формы лица. Сканы помогли нам разработать форму, которая подходила 90 % детей. Затем мы несколько раз распечатывали прототипы на 3D-принтере, примеряли их на детей и каждый раз вносили небольшие изменения, постепенно получая модели с более высоким разрешением», — описывает процесс Кевин.

Работа над конструкцией идеального уплотнителя.

Доработка дизайна

Как только проект вышел на этот этап, Кевину и его команде (трем друзьям, каждый из которых является экспертом в своей отрасли) требовалось довести дизайн до совершенства.

«Мы распечатали модель из материала PolyJet, который по ощущениям очень похож на силикон. Это помогло нам оценить правильность имеющейся формы», — продолжает Кевин. Затем друзья приступили к производству. На этапе накладного формования жидкий силиконовый каучук был склеен с пластиковыми деталями, и получилась единая конструкция, в которой отверстие для фильтра было единственным местом, куда могут проникнуть частицы из воздуха.

В результате мягкий уплотнитель маски Flo Mask мог идеально повторять контуры детского лица, но при этом препятствовал прикосновению маски к губам ребенка. Регулируемые ремешки позволили не создавать нагрузку на уши, а резиновые накладки на верхнем ремешке предотвращали скольжение по голове.

Команда проекта Flo Mask довела до совершенства индивидуальную посадку уплотнителя после нескольких этапов проектирования в САПР, 3D-печати и тестирования.

Инновационные фильтры

Поиск подходящего фильтра оказался довольно сложным и даже привел к тому, что Кевин чуть не отказался от всего проекта. Всё дело в том, что важнейшим параметром для качества такой маски была высокая воздухопроницаемость.

Как правило, фильтры состоят из плотно переплетенных друг с другом волокон, через которые не могут проникнуть мелкие частицы. Высокий уровень защиты достигается путем снижения воздухопроницаемости. «Мне казалось, что во всем мире не существует ни одного фильтра с достаточной воздухопроницаемостью. Наконец, я нашел в США медицинскую компанию, которая производит фильтры для респираторов», — делится Кевин.

Респираторные фильтры из нетканого материала под названием Spunbond показали значительную эффективность в блокировке вирусов, но при этом сохраняли достаточный объем попадающего внутрь воздуха. «Производство такого фильтра кардинально отличается, — объясняет Кевин. — Технология не переплетает волокна, а проделывает в материале отверстия. Такой процесс образует электростатический заряд, который эффективно притягивает вредные частицы и вирусы».

Одноразовые фильтры Flo Mask можно непрерывно использовать в течение восьми часов. «В наполненной дымом среде фильтр забивается быстрее, поэтому менять его необходимо чаще. — поясняет Кевин. — Если носить маску только в магазине, то фильтр прослужит несколько дней. Остальную часть маски можно просто помыть водой с мылом и затем просушить в течение одного часа».

Маску Flo Mask очень легко мыть.

Отзывы пользователей

«Мне еще не удалось найти ребенка, которому не подошла бы форма нашей маски, — признается Кевин. — Мы сканировали детей в возрасте от 5 до 11 лет, но полученная форма оказалась настолько хорошей, что ее можно использовать детям от 4 до 12 лет. Мы превзошли свои самые смелые ожидания». К настоящему моменту эти маски уже успешно опробованы на двухлетних детях.

В выходные Кевин часто ездит с детьми в парк, где они в течение многих часов играют в футбол в этих масках. «Они не испытывают никаких проблем с дыханием или речью, когда бегают с друзьями по полю», — радостно сообщает он, добавляя, что доктор Джеймс Циско, со-основатель педиатрической службы Burgess Pediatrics в калифорнийском городе Менло-Парк, одобрил маску Flo Mask после того, как измерил 4-летней дочери Кевина уровень насыщения крови кислородом, пока она была в маске. Он убедился в безопасности, когда увидел, что пульсоксиметр показывает 100 %.

«Маска Flo Mask повышает стандарты для детских СИЗ. Уникальный силиконовый уплотнитель, эффективность фильтрации и возможность помыть маску значительно превосходят всё, что я когда-либо видел», — признается доктор Циско.

Фильтры Flo Mask эффективны вплоть до 0,1 микрона (по данным исследований лабораторией Nelson Labs) и блокируют более 99,8 % вирусов.

Семьи, которые участвовали в разработке Flo Mask, получили маски бесплатно и были абсолютно удовлетворены результатами.

Ученик 5 класса по имени Патрик впервые попробовал надеть маску Flo Mask в самолете и рассказал, что быстро привык к ней: «Несмотря на то, что маска немого сдавила лицо, она была относительно удобной, и уже через некоторое время я совершенно не чувствовал ее».

«Такой тип маски определенно лучше подходит для детей в очках, — добавляет отец Патрика. — Когда дышишь через такую маску, возникает меньше проблем с конденсатом на стеклах».

Мама двух детей в возрасте 5 и 10 лет хвалит сочетание эффективности и привлекательности.

«Маска плотно прилегает к нижней части лица, а ее жесткая конструкция оставляет достаточно места перед ртом в процессе дыхания, — рассказывает она. — И, конечно же, она очень стильно выглядит».

Маски Flo Mask поступили в продажу

После двух лет разработок и десятков прототипов в декабре 2020 года были официально открыты продажи маски Flo Mask. К сегодняшнему дню уже более 2 000 детей в США носят Flo Mask, а их родители не скупятся на похвалу на площадке Amazon, где средний рейтинг пользователей маски составляет 4,5 звезды.

Маска Flo Mask с пятью упаковками одноразовых фильтров.

«Учитывая сегодняшнюю пандемию, маски нужны как никогда раньше, — уверен Кевин. — По мере открытия границ, возвращения детей в школы и активных путешествий люди могут видеть маски с фантастическим дизайном. Я еще не встречал решения, которое бы так же идеально сидело, как наша маска. Она еще раз доказывает, каким совершенным является оборудование Artec 3D. Создание Flo Mask было бы невозможно без Artec Eva».