より総合的かつ効率的なテスト方法

装置を人間に造形する

DOE/サンディア国立研究所

画像: サンディア国立研究所でテスト中に、現世代の 3D プリント ヘッドにマスクを貼り付けるマイケル オマナ。もっと見る

クレジット: Craig Fritz/サンディア国立研究所

ニューメキシコ州アルバカーキ — サンディア国立研究所のチームは、個人用保護具 (PPE) をより迅速かつ包括的にテストする方法を開発しました。 基本原則は、人間の体型と行動に合わせてデバイスをモデル化することです。

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）が発生したとき、PPE検査が緊急の必要性となりました。 2020 年 3 月に国がロックダウンに入ったとき、多くの人がサンディアに PPE 検査サポートを求めました。 彼らは、新しいマスクを市場に投入し、輸入マスクの品質保証を提供し、使い捨て個人用保護具を再利用するための獣医による洗浄プロセスを提供しようとしていました。

サンディア社のエアロゾル科学者マイケル・オマナ氏は、「社内のフィルター試験システムを使用した場合でも、市販のフィルター試験システムを使用した場合でも、試験プロセスには非常に時間がかかり、効率もそれほど良くないことがわかりました」と述べた。

エンジニアの Todd Barrick 氏と Brad Salzbrenner 氏を含むチームは、より良いソリューションを見つけようと決意していました。 彼らは、人工呼吸器を破壊的ではなく迅速にテストできる方法や、濾過材のテストを超えた他のテスト機能を導入できる方法を考えようとしていました。

昔ながらのテスト方法 PPE をテストする現在の方法では、ホットワックスまたはパテを使用して箱内の平板にマスクを取り付け、テスト エアロゾルを導入して透過レベルを測定します。 国立労働安全研究所からの認証を取得するには、同じタイプのマスク 20 枚をテストする必要があります。 それには時間がかかることがわかっています。 パンデミックの間、人工呼吸器業界では膨大なテストの未処理が発生しました。

しかし、チームは時間は単なる問題だと述べた。 現在のプロセスでは、マスクの使用における他の要素は考慮されていません。

「やっているのは濾材自体をテストしているだけです」とバリック氏は説明しました。 「形状や、マスクが顔にどのようにフィットするか、何度も着脱するか、ストラップがどのように機能するか、鼻梁がどのように機能するか、長時間にわたってマスクがどのように着用できるかなどはテストされません。」

PPEの再利用の問題もありました。 このような世界的な不足により、最前線の労働者は使い捨て用に設計されたマスクを再利用することを余儀なくされました。 しかし、マスクの再利用をテストする標準的な方法はありませんでした。

「業界標準が何なのかを誰もが突然見つめることで、多くの教訓が得られたと思います」とオマナ氏は語った。

新しいアイデア

チームはプロセスをスピードアップし、より効果的にするための新しいアイデアを思いつきました。 彼らは、市販のフィルター テスト システムにロードできる人間の顔のモデルを作成することから始めました。

「私たちはテストを迅速化し、マスクが顔にどのようにフィットするかなど、より多くの機能を調べたかったのです」とザルツブレナー氏は語った。 「3D プリント機能を使用して、皮膚のように柔軟性を高めました。」

マスクが型に貼り付けられると、テスターは圧力を加えて気密シールを形成し、エアロゾルを導入します。

しかし、チームはさらに多くのことができることに同意しました。 現在のテスト基準では、実際の人間がマスクをどのように着用するか、現実の状況でマスクによって生じる可能性のある隙間や欠陥は考慮されていません。 そこで、彼らは完全な人間の頭を使用した、より複雑なバージョンを開発しました。

マスクが貼り付けられると、頭全体が気密ボックスに入れられ、機械に置かれてテストされます。これにより、マスク上のより自然な空気の流れが可能になり、マスクの性能をより現実的に把握できると考えられます。

その後、チームの機械エンジニアは、現在テスト基準が存在しない PPE の再利用に対処するために、物事をさらに一歩進めました。

「私たちは、マスク着用の主な要因である人工呼吸器の機能を経時的にテストするために、着脱（アイテムの着脱）を自動化するチャンバーバージョンを開発しました。 また、マスクを顔に装着する様子を模倣し、空気や粒子が通過できる隙間を表示します」とザルツブレンナー氏は語った。