XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Респиратор "Красногорск"

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сучков А.А. 1Размышляев М.Р. 1Корчагин И.П. 1Коновалова А.И. 1

---

1Детский технопарк "Кванториум" МБУДО Центр Творчества г.о. Красногорск

Гончарова О.В. 1Никишин А.В. 1

---

1Детский технопарк "Кванториум" МБУДО Центр Творчества г.о. Красногорск

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Актуальность

2020 год показал нам, как может измениться жизнь всего за пару месяцев. Но что мы можем выделить важного и полезного из того, что сейчас происходит?

Нам необходимо научиться осознанно подходить к тому, как и с кем мы проводим свое время. 2020 год научил нас ценить каждое проведенное мгновение и уделять больше внимание вещам, которые приносят счастье и радость: работа, досуг и самое главное – наши близкие люди.

Вдумайтесь в эти цифры,

По состоянию на 13 февраля 2021 г. в России от короновируса умерло 79696 человек.¹ В мире это число достигло отметки в 2 382 880 смертей.

2020 год научил нас тому, что вместе мы всегда сильнее. Человек не в состоянии один справиться с глобальными проблемами. И чтобы выжить, мы должны помогать друг другу. Ведь самое ценное, что у нас есть – это жизнь и здоровье.

Сегодня самым массовым способом защиты от вирусов являются средства индивидуальной защиты, в том числе защитные маски. И хотя сейчас на рынке представлены разнообразные варианты масок, мы не забыли о том дефиците, с которым наша страна столкнулась весной 2020 года. Мы не были готовы к такому вызову, но мы справились. И теперь понимаем, что угроза может подстерегать в любой момент. Поэтому мы должны защищать себя не только от COVID-19, но и от других инфекций и вирусов, которые могут снова настичь нас абсолютно внезапно. И в этом все человечество должно думать и работать наперед.

Мы поняли, что не хотим оставаться в стороне и решили внести свой вклад в общее дело, насколько это окажется возможным.

Цель проекта: изготовление универсальной многоразовой защитной маски со сменными фильтрующими элементами для защиты органов дыхания.

Задачи проекта:

Привлечь учащихся детского технопарка «Кванториум» к разработке проекта;

Изучение уже существующих средств индивидуальной защиты, их положительных и отрицательных сторон;

Анализ использования защитных масок жителями г.о. Красногорск, выявить существующие проблемы;

Консультация с медицинскими специалистами по вопросу фильтрующих элементов защитной маски.

Сбор и анализ разноплановой информации по проблеме

Для начала мы обратились к руководителю нашего технопарка Рябухину Денису Алексеевичу и педагогу VR/AR-квантума Никишину Алексею Валерьевичу, которые одобрили нашу идею и пообещали помочь в её реализации.

Пандемия подвела нас к использованию масок и каждый человек в мире знает, что это такое. На улице и в общественных местах можно встретить людей с абсолютно разными защитными масками, начиная с цвета и материала, заканчивая типами фильтрации. Но не все понимают, чем они друг от друга отличаются. Мы изучили предложения интернет магазинов и составили примерную классификацию защитных масок:

С 12 мая 2020 года согласно Постановлению Губернатора Московской области от 01.05.2020 N 222-ПГ «О проведении дополнительных мероприятий в целях снижения рисков распространения новой коронавирусной инфекции (COVID-2019) на территории Московской области» введено обязательное использование масок при нахождении в местах общего пользования. К местам общего пользования относятся все объекты розничной торговли, аптеки, общественный транспорт, включая такси, все предприятия, продолжающие свою работу, медицинские организации. ²

Данные ограничения действительны и по сегодняшний день. Нам стало интересно, как жители Красногорска относятся к «масочному режиму».

Но перед проведением опроса мы изучили государственные стандарты в области изготовления средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Медицинские маски являются, пусть и простейшими, но всё-таки медицинскими изделиями, а поэтому подлежат особому государственному надзору в системе здравоохранения. На них оформляется регистрационное удостоверения Росздравнадзора — серьёзный документ о соответствии, который выдают только государственные органы.

Мы начали с изучения ГОСТа Р 58396-2019 «Маски медицинские. Требования и методы испытаний». Данный стандарт определяет конструкцию, дизайн, требования к функциональным характеристикам и методы испытаний медицинских масок, предназначенных для ограничения передачи инфекционных агентов от персонала пациентам во время хирургических операций и в других медицинских помещениях с аналогичными требованиями.

Медицинские маски, описанные в настоящем стандарте, подразделяют на два типа (тип I и тип II) в зависимости от эффективности бактериальной фильтрации, тогда как тип II можно далее разделить на два типа в зависимости от того, является ли маска устойчивой к брызгам. Как минимум, медицинские маски типа I используют для пациентов для снижения риска распространения инфекции, особенно при эпидемиях и пандемиях. Маски типа II преимущественно используют профессионалы в области здравоохранения в операционных или в иных медицинских помещениях с аналогичными требованиями.

В соответствии с ГОСТ Р 58396-2019 медицинские маски типа I не предназначены для использования профессионалами в области здравоохранения в операционных или в иных медицинских помещениях с аналогичными требованиями. Персоналу инфекционных больниц, при работе в палате с инфицированными медицинские маски не защитят от угрозы. Поэтому самым подходящим вариантом являются фильтрующие респираторы.

Что же касается изучения масок респираторного типа с фильтрующими элементами, мы обратились к ГОСТ 12.4.246-2016 (EN 143:2000) «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Фильтры противоаэрозольные. Общие технические условия» Согласно данному ГОСТу фильтры в зависимости от их фильтрующей эффективности подразделяют на классы:

P1 - фильтры низкой эффективности;

P2 - фильтры средней эффективности;

P3 – фильтры высокой эффективности.

Таким образом, медицинские маски защищают от передачи воздушно-капельным путём: крупных капель, брызг, аэрозолей, возбудителей заболевания. Респираторные маски FFP1 защитят от пыли, не защитят от вирусов.

Маски типа FFP2 задерживают до 95% вредных веществ, частично защищают от вирусов, а вот респираторы FFP3 задерживают до 95% вредных веществ и вирусов.

Опрос жителей

Изучив необходимые стандарты, мы приступили к обследованию территории и опросу жителей микрорайонов «Павшино» и «Изумрудные холмы» г.о. Красногорск. Мы пообщались со случайными прохожими и задали следующие вопросы:

По какой основной причине Вы носите маску?

Маску какого типа вы носите?

Как вы носите маску?

Как часто вы меняете маску?

Будете ли вы соблюдать перчаточно-масочный режим даже при снятии ограничений?

Приемлемая цена многоразовой маски для Вас?

Время проведения: ноябрь - декабрь 2020 г.

Число опрошенных: 278 человек

Большинство жителей с пониманием относятся к требованиям «масочного режима» и большинство надевают маску действительно в целях защиты дыхательных путей. В то же время большинство призналось, что меняют одноразовые маски редко. Подробно результаты опроса Вы можете видеть в ниже приведенных диаграммах:

Вывод: Несмотря на то, что большинство опрошенных используют маску с целью защиты своего здоровья, а не из-за штрафов и замечаний, к допустимой продолжительности использования масок все же относятся достаточно легкомысленно. Маски респираторного типа жители почти не используют, но предпочли бы выбрать этот вариант, если цена была бы ниже.

Подведя итоги, мы определили 2 главные проблемы:

Жители не используют маски респираторного типа из-за высокой цены.

Большинство используют медицинские маски, не соблюдая условия их допустимого применения.

Представим себе использование медицинской маски «по правилам». Мы взяли минимальную цену 1 медицинской маски – 15 р.

В среднем работающий человек проводит в общественном месте 3-4 часа (дорога до работы и обратно, поход в магазин), поэтому сменить маску «по правилам» необходимо 2 раза в день – это 30 р.

В неделю – 210 р

В месяц – 840 р.

С начала периода пандемии (май 2020 по февраль 2021 г.) – 8 400 р.

От этих цифр становится ясно, почему большинство не соблюдает правила использования масок. Мы же предлагаем каркас прочной защитной маски с многоразовыми сменными фильтрами за 225 р.

Программа действий команды на 2020-2022 гг.

Финансирование проекта «Респиратор «Красногорск»

Действия по реализации проекта

Привлечение учащихся технопарка «Кванториум» к идее проекта

Мы обучаемся в детском технопарке «Кванториум» по направлению VR/AR-квантум уже второй год и общаемся со многими ребятами из других групп. Рассказали им идею нашего проекта и предложили сделать макет в специальной программе 3Ds-Max. Ребята поделились своими моделями (в общем сложности их было около 28) с нашим педагогом Алексеем Валерьевичем.

Изготовление проекта защитной маски в программе 3Ds-Max, его доработка и усовершенствование

Разработка маски

Мы понимали, что не открываем новую планету и не изобретаем что-то кардинально новое, но интерес и желание совместить в одной маске такие характеристики как: доступность, многоразовость и защищенность взяли верх.

На первом этапе (рис. 1) мы рассмотрели развернутый вариант маски, который уже был представлен в Интернете, но при реализации были выявлены следующие проблемы:

«подгонка» маски по форме лица занимает большое количество времени

Процесс «подгонки» требует опыта;

После подгонки образуются большие щели в местах изгиба

По результатам тестирования опытного образца проведена доработка геометрии маски. На данном этапе при «подгонке» образовались складки, что не отвечало требованию по плотному прилеганию маски к лицу. (Рис. 2)

М ы изменили форму отсеков для фильтрующих элементов. (Рис. 3) Данные отсеки расположили непосредственно у ноздрей. Но не обошлось без проблем:

Нестандартные элементы фильтрации

Маленькие отсеки для элементов фильтрации (проблемы с количеством воздуха)

Не самый удобный способ смены фильтров

После нескольких попыток было принято решение придать маске анатомическую форму. (Рис. 4) Фильтрующие элементы оставили, но форму их заменили под размер ватного диска. (Для увеличения количества воздуха)

Далее мы провели корректировку геометрии формы маски. Данный образец стал финальным. (Рис. 5)

Встреча с медицинскими сотрудниками. Консультация по вопросу фильтров и их пропитки.

Первый вопрос, который возник у нас после финальной версии, как обеспечить в нашей маске фильтрационную защиту органов дыхания? На этот вопрос компетентны ответить лишь медицинские работники.

У нас получилось договориться о встрече с представителем Красногорской городской больницы №2 Арслановой Гульнарой Джаудатовной. Что же нам удалось узнать?

Covid-19 восприимчив к хлору и спирту, но долго дышать спиртом мы не можем по причине ожогов дыхательных путей. Да и в целом любые спиртосодержащие растворы быстро выветриваются (10-15 мин). После испарения основное действующее вещество, конечно, отфильтрует некоторые частицы, но от вируса не защитит.

Гульнара Джаудатовна предложила другое решение данной проблемы – использование нетканного фильтрующего материала (спанбонда). Как правило, спанбонд для масок используется вместе с другим нетканым материалом — мельтблауном. Слой мельтблауна впаивают между двумя слоями спанбонда, а получившееся в результате полотно называют СМС. Уровень бактериальной защиты у масок из СМС возрастает почти до 90%. Если вырезать фильтрующие элементы (размером с ватный диск), закрепить их в нашей маске и менять каждые 2 часа, то такой вариант становится в разы дешевле и надежнее.

В целом же наш проект оценили по достоинству, чему мы очень рады. «Идея хороша. Это лучший вариант, который имеется у большинства из нас. Данная маска экологичнее, гигиеничнее. Её можно протереть спиртом или хлоргексидином снаружи и изнутри, в отличие от обычных медицинских масок и масок респираторного типа. Она не помнется, и не сломается. Если хранить в футляре, то как предмет индивидуальной защиты он весьма неплох.» - говорит специалист КГБ №2 Арсланова Гульнара Джаудатовна.

Мы нашли предложенный нетканный материал.

Средняя цена одного погонного метра – 27 р. Мы подсчитали, что из него получится выкроить 540 фильтрующих дисков. Если использовать по 2 шт. на маску, то ее можно применить 270 раз по 2 часа, итого 540 часов. Если в среднем в день человек находится в общественных местах 4 часа, то нашей маски хватит на 135 дней использования.

Создание информационного QR-кода о проекте

После консультации с медицинскими специалистами у нас сложилась полная картина о нашем проекте, со всеми его особенностями и характеристиками. И нам, конечно, очень захотелось его публично представить. Так как мы обучаемся в новой инновационной среде с высокими технологичными возможностями, мы решили показать нашу маску с помощью QR-кода. Мы ни разу не работали над этим форматом, поэтому снова обратились за помощью к педагогу. Благодаря возможностям интернета всё оказалось не так сложно и через 5 минут у нас уже был готовый QR-код. Оставалось дело за наполнением содержания.

Н аш технопарк не обладает высокой производительной мощностью, но мы можем поделиться макетом данного проекта с профильными производителями. Распечатать маску по сути может любой человек или организация, в которой есть 3D-принтер. Исходными материалами мы поделились на публичной странице нашего проекта.

Трудности при реализации проекта

В первых моделях маски возникли проблемы с «подгонкой» по форме лица, а также с маленькими отсеками для элементов фильтрации, из-за которых в маске дышать было очень сложно.

Безопасная фильтрация. Потребовалась консультация с медицинскими работниками.

Выводы

Право на жизнь является важнейшим личным правом человека. И каждый должен заботиться не только о себе, но и о своих близких. Если угроза здоровью слишком серьезна - на помощь приходят медицинские работники. Часто мы осознаем риски, но относимся к ним легкомысленно или безразлично. И это вопрос нашей внутренней ответственности и дисциплине.

Столкнувшись с проблемой выбора населением дешевых и неэффективных средств индивидуальной защиты от вирусов, мы постарались разработать один из множества вариантов её решения, и, надеемся, успешно.

Хоть мы и маленькая песчинка в этом огромном мире, но если наши старания спасут хотя бы 1 жизнь, значит все было не напрасно.