一種智能口罩的理論設想及研究

高卿光 李根 李展

摘 要：當霧霾在全世界肆虐時，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能——熱詞一個接一個往外噴的科技圈卻都沉默無語。相比爭相推出空氣凈化器的傳統(tǒng)家電廠商，一種可行的防霧霾口罩卻寥寥無幾，在前幾年霧霾極其嚴重的情況下，智能口罩原本可以成為可穿戴設備市場的爆款，但科技創(chuàng)客們再度錯失良機。市面上宣稱具有防護霧霾功能的口罩魚龍混雜。先前有調查表明，有接近40%的霧霾口罩的過濾未能達到其標稱效果，其中些口罩的過濾效果幾近為無。在當今世界的嚴峻的空氣形勢下，人體的健康越來越受到空氣的威脅，目前，全世界的因為空氣污染而造成的人員傷亡在逐年的遞增，空氣污染的預防與防治成為全世界關注的焦點，為了能夠更好的在人類呼吸的時候將污染的空氣（霧霾）阻擋在人們的口鼻之外，形成一套口罩的設計理念并且研發(fā)一種切實有效的口罩迫在眉睫。

關鍵詞：智能口罩；靜電吸附；空氣過濾；霧霾；設想；

1 仿生救援偵察機器人的背景及意義：

近些年，環(huán)境問題凸顯，越來越多的環(huán)境問題一下子的凸顯出來，使得人們由于環(huán)境問題而導致的空氣污染使得人們得呼吸道以及肺部的疾病越來越多，無論是在何種年齡段的人，都逃脫不開被污染的空氣所傷害的噩夢。在2015年，柴靜的《穹頂之下》所表述的霧霾空氣使得人們對霧霾有了一個更加深度的理解，增加了對霧霾空氣的恐懼。在那一段時間里，走在大街上，隨處可見的是人們帶著的口罩，人與人之間隔了一層厚厚的隔膜，在這個層厚厚的隔膜并不能有效的將霧霾阻擋在口罩之外，人們的身體健康仍然在不斷地被侵蝕著。由于霧霾的頻發(fā)，甚至政府部門已經(jīng)成立小組來治理，清華大學有專門成立了研究院，但是，眾所周知的是，結果卻收效甚微。

在根源上徹底的解決這個問題是最好的方法，但是，這個方法的周期太長，我們在從根源上解決這個問題的同時，我們必須著手阻止霧霾空氣進入到我們口鼻之中，我們要盡可能將被污染的空氣阻擋在身體之外或者在進入口鼻之前將其凈化。

本篇文章便是在以上問題的基礎上提出一些關于能夠解決以上問題的辦法及設想。

2初步設想：

霧霾口罩主要看兩點，一個是密封性，一個是過濾性。中心：1，過濾效果好。2，呼吸阻力小。，3，使用者感覺舒適。以下將圍繞兩點三中心進行論述。

2.1 密封性：有效的口罩防護取決于口罩材料的組成、口罩的過濾效率和口罩與臉部的吻合程度。口罩組成材料越致密，其材料空隙就越小，顆粒物越不容易通過，過濾效率越好，但吸氣阻力會越大，佩戴者舒適度較差。因此，需要在過濾效率與吸氣阻力間尋找一個平衡。另外，口罩與臉部的吻合程度對于口罩的防護效果也很重要，若臉部與口罩間結合疏松的話，含有害顆粒物的空氣照樣可以輕松進入人的呼吸道。

面部與口罩的邊緣相貼合，防止空氣從未貼合處進入，影響口罩的效果。性杯形口罩與一次性折疊口罩的貼合性能遠遠好于一次性平板式口罩以及可換濾片式布口罩。因此，可采用折疊口罩或者性杯形口罩來保證密封性。

2.2 過濾性：采用靜電吸附（可行性 可以嘗試，總之目的就是吸附pm2.5，利用負電壓尖端釋放電子，與空氣中氧離子結合產(chǎn)生負離子。）方式，鑒于空氣中的污染物質主要為pm2.5（霧霾），顆粒較小，不容易處理，因此，采用靜電吸附的方式，在第一層中將pm2.5聚集，統(tǒng)一處理。（靜電吸附裝置應與最內層有一定的距離，防止吸附的污染物質在口罩內對人體造成集中大的危害）。

利用傳感器，實時監(jiān)測口罩周圍的pm2.5與CO2與O2的濃度，切實保障口罩內的空氣適應人的呼吸，防止出現(xiàn)口罩意外的停止運行。內部利用智能系統(tǒng)實時監(jiān)測人體應該需要的最適的O2氧氣濃度，一旦出現(xiàn)異常，提出警報或者口罩加大對外面空氣的凈化速率，將干凈的空氣吸進來，同時將口罩內部CO2等濃度不利于人體的氣體加速排出。

容易清洗，可拆卸，在靜電吸附裝置后面應該有一個集中污染物質的可清洗的棉布之類的東西，方便清洗，提高利用率。在最內部采用可換洗的棉布等物質，隨時的可以進行更換，簡潔方便。防止因呼氣帶出的唾液積累滋生細菌。不同的情況下可以拆卸部分零部件進行簡化化成與普通口罩相差不大的口罩進而適應不用的環(huán)境，一物多用！

輕量化，將口罩設計的嬌小，方便攜帶，同時保證安全問題，保證微型的排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的噪音不影響人的正常工作，不會對人造成影響。

3預計市場應用：

3.1 醫(yī)療衛(wèi)生：

該種口罩相比與普通的一次性口罩具有較好的防護性，因此，倘若可以實現(xiàn)這種口罩的生產(chǎn)以及降低成本的話，這種口罩將會占據(jù)醫(yī)療行業(yè)、

3.2 日常生活：

在目前這種嚴峻的環(huán)境下，我們人人都是需要一枚口罩的，避免受到霧霾的侵襲。

參考文獻：

[1]孫麟 陳進宇 陸宇崢 向紅兵.《日常防護性口罩技術規(guī)范》.霍尼韋爾安全防護設備有限公司2016.

[2]關天屹.《一種新型霧霾口罩的設計》. 大連環(huán)保志愿者協(xié)會.

[3]閆雯宇《個人防護口罩的模塊化設計與研究》河北科技大學