Wearable für Masken 25.10.2022, 07:00 Uhr

Corona: Den Sitz von Masken optimieren – mit digitalen Technologien

MIT-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln Sensoren für Gesichtsmasken, um die Passgenauigkeit zu verbessern. Nur bei dichtem Abschluss ist der Schutz vor Covid-19 optimal.

Maske mit Werables

Innovative Sensoren zeigen, ob der Mund-Nasen-Schutz gut anliegt.

Foto: MIT

Der Winter naht, und die Inzidenz bei Covid-19 steigt langsam, aber deutlich wieder an. Neben Impfungen, Tests und Abstandsregeln gehören Masken zu den wichtigsten Maßnahmen, um die Ausbreitung von Covid-19 zu bremsen. Auch in Deutschland diskutieren Politiker, wieder die Maskenpflicht in geschlossenen Räumen einzuführen. Etliche Studien belegen den Nutzen eines Mund-Nasen-Schutzes – aber nur, falls dieser gut sitzt und dicht abschließt. Gelangt Atemluft seitlich vorbei, verringert sich die filtrierende Wirkung stark.

Derzeit gibt es jedoch keine einfachen, kommerziell verfügbaren Möglichkeiten, den Sitz einer Maske zu bestimmen. Ein neuer, am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge entwickelter Sensor könnte dies deutlich erleichtern. Der Sensor, der den physischen Kontakt zwischen der Maske und dem Gesicht des Trägers misst, eignet sich für alle derzeit erhältlichen Masken.

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Masken ursprünglich als Schutz vor Feinstaub

Zum Hintergrund: Die Forschenden begannen ihre Arbeit an diesem Projekt, bevor das Tragen von Masken durch Covid-19 weltweit quasi Standard geworden sind. Ursprünglich wollten sie Sensoren entwickeln, um die Wirksamkeit von Masken in Gebieten mit hoher Luftverschmutzung zu optimieren. Nach Ausbruch der Pandemie wurde ihnen rasch klar, welche Bedeutung ihr Projekt auch in virologischer Hinsicht hat.

Ziel war, Menschen darin zu unterstützen, die am besten passende Maske in einer Vielzahl an Produkten auszuwählen. Zwar gibt es spezielle Prüfgeräte, um den Sitz zu beurteilen. Sie bestimmen die Konzentrationen natürlich vorkommender Partikel innerhalb und außerhalb der Maske. Nur sind solche Geräte teuer und allenfalls in Forschungseinrichtungen oder großen Kliniken vorhanden. Das MIT-Team wollte ein benutzerfreundlicheres, tragbares Gerät zur Messung des Maskensitzes entwickeln. Erfahrungen hatten die Forschenden bereits mit der Entwicklung flexibler, verformbarer Komponenten als Bestandteil von Wearables gesammelt.

Mit der Conformable Multimodal Sensor Face Mask zu mehr Sicherheit

Um ihre Sensoren in die Gesichtsmasken zu integrieren, entwickelten die Forschenden ein spezielles Tool, Conformable Multimodal Sensor Mask (cMaSK) genannt. Sensoren, die eine Vielzahl von Parametern messen, sind in einen flexiblen Polymerrahmen eingebettet, der an der Innenseite jeder Maske an den Rändern angebracht werden kann. Um die Passform zu ermitteln, verfügt die cMaSK über 17 Sensoren am Rand der Maske, um Berührungen der Haut zu erfassen.

Das cMaSK-Interface verfügt außerdem über Sensoren zur Messung der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit und des Luftdrucks, mit denen Aktivitäten wie Sprechen und Husten erkannt werden können. Ein Beschleunigungsmesser im Gerät kann feststellen, ob sich Träger gerade bewegen. Alle Sensoren sind in ein biokompatibles Polymer namens Polyimid eingebettet, das in medizinischen Implantaten wie Stents verwendet wird. So gelingt es, Hautirritationen zu vermeiden.

Erste Tests der Passgenauigkeit von Masken

Die MIT-Ingenieurinnen und -Ingenieure testeten ihr Tool bei fünf Männern und fünf Frauen. Alle Teilnehmenden der kleinen Studie trugen handelsübliche chirurgische Masken. Dabei mussten sie eine Reihe von Aktivitäten wie Sprechen, Gehen und Laufen ausführten. Außerdem wurden die Sensoren bei verschiedenen Temperaturbedingungen untersucht.

Anhand der gewonnenen Daten entwickelten die Forschenden einen Algorithmus für maschinelles Lernen, um zu quantifizieren, wie gut eine Maske abschließt. Recht überraschend zeigte sich, dass Masken bei Frauen deutlich schlechter saßen als bei Männern, was auf Unterschiede in Gesichtsform und -größe zurückzuführen ist. Kleinere Masken könnten das Problem einfach lösen. Bei Männern wiederum führten Bärte zu Schwierigkeiten, denn Masken schlossen an den Stellen nicht richtig ab. Hier bleibt die Rasur als einzige Möglichkeit.

Auf dem Weg zu personalisierten Masken  

Die MIT-Expertengruppe hofft jetzt, dass ihre Ergebnisse Firmen ermutigen, Masken für unterschiedliche Gesichtsformen und Gesichtsformen zu entwickeln. Außerdem soll die recht preisgünstige cMaSK-Technologie für die Massenproduktion optimiert werden: ein Beitrag nicht nur gegen Covid-19. Ihr eigentliches Ziel, Menschen vor Feinstaub zu schützen, verfolgen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weiter.

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Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

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