Un nuovo metodo per visualizzare il respiro esalato mentre qualcuno sta parlando o cantando potrebbe fornire nuove importanti informazioni su come si diffondono malattie come il COVID-19 e sull'efficacia delle maschere per il viso.

"Gli scienziati ritengono che il virus SARS-CoV-2 si diffonda principalmente attraverso goccioline respiratorie che possono essere trasportate nel respiro o espulse attraverso la tosse o gli starnuti, ", ha detto Thomas Moore del Rollins College, che ha svolto la ricerca. "Ma è anche trasmesso da aerosol nell'aria, che sono piccole particelle che rimangono nell'aria più a lungo delle goccioline più grandi. Il sistema che ho sviluppato fornisce un modo per stimare la distanza percorsa dal respiro prima di essere disperso nell'aria circostante e può fornire prove visive che le maschere limitano significativamente la distanza percorsa dal respiro nell'aria".

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica applicata , Moore descrive come ha usato una variazione dell'interferometria del modello elettronico a puntini per visualizzare le differenze di temperatura tra il respiro esalato e l'aria circostante. La nuova tecnica può essere utilizzata anche per studiare i dettagli di come il respiro fluisce dalla bocca mentre si parla o si canta, che potrebbe essere utile per l'insegnamento della musica e della logopedia.

Dagli strumenti musicali alle persone

Moore ha originariamente sviluppato la tecnologia di imaging per studiare il flusso d'aria attraverso strumenti musicali come le canne d'organo. "In risposta alla pandemia di COVID-19, Ho iniziato a immaginare il respiro delle persone che parlano e cantano, " ha detto. "Mi sono reso conto che ampliando il mio sistema esistente, Probabilmente potrei determinare fino a che punto si estende il respiro e quanto possono essere efficaci le maschere nel limitare l'estensione del respiro".

La maggior parte degli approcci esistenti utilizzati per l'immagine del respiro espirato richiede attrezzature costose e può visualizzare solo un'area relativamente piccola. Moore ha progettato un sistema che utilizza componenti ottici comuni disponibili in commercio per superare queste limitazioni.

"Ho usato una variazione dell'interferometria a schema di puntini elettronici, che è stato utilizzato per molti anni per studiare i modelli vibrazionali di oggetti solidi, " ha detto Moore. "L'innovazione è stata quella di cambiare il sistema in modo tale che possa essere utilizzato per l'immagine di cose trasparenti, come il respiro, invece di oggetti solidi vibranti."

Il sistema di imaging sfrutta il fatto che la velocità della luce cambia a seconda della temperatura dell'aria che attraversa. Perché il respiro è più caldo dell'aria circostante, la luce trasmessa attraverso il respiro arriva alla fotocamera leggermente prima della luce che non l'ha attraversata. Questa leggera differenza nella velocità della luce può essere utilizzata per creare immagini del respiro esalato.

Moore ha testato il nuovo sistema immaginando il respiro di due cantanti professionisti che cantano e un musicista professionista che suona un flauto, uno dei pochi strumenti in cui il musicista soffia direttamente nell'aria circostante. "Il lavoro con i musicisti ha immediatamente confermato che il sistema funzionava bene e poteva essere utilizzato per studiare una serie di problemi, " Egli ha detto.

Modifica del flusso d'aria

Moore sta attualmente utilizzando il metodo per studiare l'efficacia delle maschere nel ridurre la distanza percorsa dagli aerosol esalati. È particolarmente interessato allo studio del canto perché la ricerca indica che viene esalato più aerosol mentre si canta o si parla ad alta voce rispetto a quando si parla normalmente. Sta anche lavorando per rendere il sistema più stabile contro le vibrazioni e per aumentare ulteriormente le dimensioni del sistema per l'immagine di aree più grandi.

Moore afferma che la tecnica ha già rivelato nuove informazioni che potrebbero influenzare il modo in cui ci avviciniamo ai requisiti di distanza e mascheramento, soprattutto quando all'aperto. Prevede di presentare presto questi risultati per la pubblicazione.

"La pandemia ha causato una catastrofe economica per molti musicisti, e qualsiasi informazione che possiamo dare loro che li aiuterà a tornare al lavoro è importante, " ha detto Moore. "Abbiamo avuto molto interesse da parte della comunità musicale, e mi aspetto che anche la comunità sanitaria sarà interessata una volta che inizieremo a pubblicare i nostri risultati".