一种智能口罩的理论设想及研究

高卿光 李根 李展

摘 要：当雾霾在全世界肆虐时，云计算、大数据、人工智能——热词一个接一个往外喷的科技圈却都沉默无语。相比争相推出空气净化器的传统家电厂商，一种可行的防雾霾口罩却寥寥无几，在前几年雾霾极其严重的情况下，智能口罩原本可以成为可穿戴设备市场的爆款，但科技创客们再度错失良机。市面上宣称具有防护雾霾功能的口罩鱼龙混杂。先前有调查表明，有接近40%的雾霾口罩的过滤未能达到其标称效果，其中些口罩的过滤效果几近为无。在当今世界的严峻的空气形势下，人体的健康越来越受到空气的威胁，目前，全世界的因为空气污染而造成的人员伤亡在逐年的递增，空气污染的预防与防治成为全世界关注的焦点，为了能够更好的在人类呼吸的时候将污染的空气（雾霾）阻挡在人们的口鼻之外，形成一套口罩的设计理念并且研发一种切实有效的口罩迫在眉睫。

关键词：智能口罩；静电吸附；空气过滤；雾霾；设想；

1 仿生救援侦察机器人的背景及意义：

近些年，环境问题凸显，越来越多的环境问题一下子的凸显出来，使得人们由于环境问题而导致的空气污染使得人们得呼吸道以及肺部的疾病越来越多，无论是在何种年龄段的人，都逃脱不开被污染的空气所伤害的噩梦。在2015年，柴静的《穹顶之下》所表述的雾霾空气使得人们对雾霾有了一个更加深度的理解，增加了对雾霾空气的恐惧。在那一段时间里，走在大街上，随处可见的是人们带着的口罩，人与人之间隔了一层厚厚的隔膜，在这个层厚厚的隔膜并不能有效的将雾霾阻挡在口罩之外，人们的身体健康仍然在不断地被侵蚀着。由于雾霾的频发，甚至政府部门已经成立小组来治理，清华大学有专门成立了研究院，但是，众所周知的是，结果却收效甚微。

在根源上彻底的解决这个问题是最好的方法，但是，这个方法的周期太长，我们在从根源上解决这个问题的同时，我们必须着手阻止雾霾空气进入到我们口鼻之中，我们要尽可能将被污染的空气阻挡在身体之外或者在进入口鼻之前将其净化。

本篇文章便是在以上问题的基础上提出一些关于能够解决以上问题的办法及设想。

2初步设想：

雾霾口罩主要看两点，一个是密封性，一个是过滤性。中心：1，过滤效果好。2，呼吸阻力小。，3，使用者感觉舒适。以下将围绕两点三中心进行论述。

2.1 密封性：有效的口罩防護取决于口罩材料的组成、口罩的过滤效率和口罩与脸部的吻合程度。口罩组成材料越致密，其材料空隙就越小，颗粒物越不容易通过，过滤效率越好，但吸气阻力会越大，佩戴者舒适度较差。因此，需要在过滤效率与吸气阻力间寻找一个平衡。另外，口罩与脸部的吻合程度对于口罩的防护效果也很重要，若脸部与口罩间结合疏松的话，含有害颗粒物的空气照样可以轻松进入人的呼吸道。

面部与口罩的边缘相贴合，防止空气从未贴合处进入，影响口罩的效果。性杯形口罩与一次性折叠口罩的贴合性能远远好于一次性平板式口罩以及可换滤片式布口罩。因此，可采用折叠口罩或者性杯形口罩来保证密封性。

2.2 过滤性：采用静电吸附（可行性 可以尝试，总之目的就是吸附pm2.5，利用负电压尖端释放电子，与空气中氧离子结合产生负离子。）方式，鉴于空气中的污染物质主要为pm2.5（雾霾），颗粒较小，不容易处理，因此，采用静电吸附的方式，在第一层中将pm2.5聚集，统一处理。（静电吸附装置应与最内层有一定的距离，防止吸附的污染物质在口罩内对人体造成集中大的危害）。

利用传感器，实时监测口罩周围的pm2.5与CO2与O2的浓度，切实保障口罩内的空气适应人的呼吸，防止出现口罩意外的停止运行。内部利用智能系统实时监测人体应该需要的最适的O2氧气浓度，一旦出现异常，提出警报或者口罩加大对外面空气的净化速率，将干净的空气吸进来，同时将口罩内部CO2等浓度不利于人体的气体加速排出。

容易清洗，可拆卸，在静电吸附装置后面应该有一个集中污染物质的可清洗的棉布之类的东西，方便清洗，提高利用率。在最内部采用可换洗的棉布等物质，随时的可以进行更换，简洁方便。防止因呼气带出的唾液积累滋生细菌。不同的情况下可以拆卸部分零部件进行简化化成与普通口罩相差不大的口罩进而适应不用的环境，一物多用！

轻量化，将口罩设计的娇小，方便携带，同时保证安全问题，保证微型的排气系统产生的噪音不影响人的正常工作，不会对人造成影响。

3预计市场应用：

3.1 医疗卫生：

该种口罩相比与普通的一次性口罩具有较好的防护性，因此，倘若可以实现这种口罩的生产以及降低成本的话，这种口罩将会占据医疗行业、

3.2 日常生活：

在目前这种严峻的环境下，我们人人都是需要一枚口罩的，避免受到雾霾的侵袭。

参考文献：

[1]孙麟 陈进宇 陆宇峥 向红兵.《日常防护性口罩技术规范》.霍尼韦尔安全防护设备有限公司2016.

[2]关天屹.《一种新型雾霾口罩的设计》. 大连环保志愿者协会.

[3]闫雯宇《个人防护口罩的模块化设计与研究》河北科技大学