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2020年8月。新冠肺炎依然肆虐，一場野火燒遍了美國西部大片區(qū)域。Kevin Ngo正在設(shè)計(jì)一款對他而言十分重要的產(chǎn)品，再過幾周就能完成了。

經(jīng)過兩年的研發(fā)，Kevin的獨(dú)特發(fā)明不僅可以保護(hù)他的三個(gè)孩子，還能保護(hù)其他小學(xué)生，免受病毒和空氣污染的影響。快速精準(zhǔn)的三維掃描技術(shù)正是Kevin此次重大項(xiàng)目Flo Mask口罩背后的重要技術(shù)。

Flo Mask口罩是新一代可反復(fù)使用的亞微米級過濾式兒童呼吸口罩。其優(yōu)點(diǎn)在于它獨(dú)特的過濾裝置和量身定做的墊圈，由世界一流的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)，貼合4-12歲兒童臉型。這些過濾裝置在美國制造，能阻擋空氣中0.1微米的顆粒。Nelson實(shí)驗(yàn)室的獨(dú)立測試表明，F(xiàn)lo Mask口罩能阻擋99.8%的病毒，透氣性是美國食品藥品監(jiān)督管理局標(biāo)準(zhǔn)的600%。

Kevin還利用為兒童設(shè)計(jì)的優(yōu)質(zhì)呼吸口罩技術(shù)，用于成人口罩設(shè)計(jì)。他參加了美國衛(wèi)生與公眾服務(wù)部-生物醫(yī)學(xué)高級研究與發(fā)展局（BARDA）發(fā)起的口罩創(chuàng)新挑戰(zhàn)：打造未來口罩。

這項(xiàng)挑戰(zhàn)旨在為大眾研發(fā)可大規(guī)模生產(chǎn)、且成本低廉的高效創(chuàng)意產(chǎn)品，以抵御呼吸道疾病病原體的入侵。Kevin的Air Flo實(shí)驗(yàn)室有限責(zé)任公司已入圍決賽，爭奪最終的現(xiàn)金大獎(jiǎng)。下半年，五名獲勝者將瓜分40萬美元。

Flo Mask口罩的硅膠墊提供了不一樣的舒適感，過濾裝置十分獨(dú)特，經(jīng)Nelson實(shí)驗(yàn)室測試，透氣性是美國食品藥品監(jiān)督管理局標(biāo)準(zhǔn)的600%。

源起

出現(xiàn)這一想法，主要是因?yàn)楝F(xiàn)有市場的缺陷。“我們有成人的N95口罩，防護(hù)性能很好，但是卻沒有適合兒童的好口罩，”Kevin說道。“諷刺的是，兒童是脆弱群體，竟沒有辦法防護(hù)。”Kevin一直在努力尋找一款能保護(hù)自己孩子的口罩，最終，他決定自己設(shè)計(jì)一款。

Flo Mask口罩項(xiàng)目于2018年夏天啟動，當(dāng)時(shí)，正是加州有史以來嚴(yán)重的火災(zāi)季節(jié)。到了2020年，情況更糟了。

“小孩放學(xué)回家，感到惡心，嚴(yán)重頭疼。學(xué)校甚至給我們發(fā)郵件說，即使家里有N95口罩，也不要給孩子戴，因?yàn)椴缓仙恚⒆舆€是會吸入有毒氣體，”他說道。

為保護(hù)孩子免受空氣污染和病毒影響而發(fā)明Flo Mask口罩的硅谷爸爸Kevin Ngo。

Kevin仔細(xì)研究了空氣污染嚴(yán)重的國家為兒童提供的各種口罩，但沒有一款符合他的期望。“我從世界各地買回各類兒童口罩。我們評估的口罩不是貼合性不好，就是不舒適，或者效果有問題。許多口罩是織物口罩，在過濾PM2.5顆粒方面沒有任何作用，”他表示。

Kevin憑借自己的AR/VR領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，非常清楚兒童優(yōu)質(zhì)口罩的開發(fā)離不開一項(xiàng)技術(shù)——三維掃描。Kevin嘗試了幾十個(gè)方案，但沒有一款讓他完全滿意。不是采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量不佳，就是采集速度過慢。對這個(gè)項(xiàng)目而言，半毫米誤差也不能容忍。

初步設(shè)想的Flo Mask口罩設(shè)計(jì)概念。

 “我找到Indicate Technologies，他們有一臺埃太科三維掃描設(shè)備，“Kevin說道。“我那天休息，給他們打了電話，他們說可以過來看看。”

埃太科三維金牌授權(quán)合作商Indicate Technologies的加州辦公室離Kevin家僅15分鐘車程，他很快見到了公司的3D產(chǎn)品專家Márcio Adamy。Kevin向他介紹了項(xiàng)目難點(diǎn)，以及對三維掃描儀的要求（速度、分辨率、精度），Márcio也有孩子，同樣受到嚴(yán)重空氣污染的困擾，他很清楚，這一切難點(diǎn)都可以通過一項(xiàng)解決方案來擊破，即Artec Eva。

便攜式結(jié)構(gòu)光三維掃描儀Artec Eva（精度：高達(dá)0.1毫米，分辨率：高達(dá)0.2毫米）

“我們向他證明Artec Eva可以為孩子臉部進(jìn)行掃描，還教Kevin如何使用掃描儀與軟件，還分享了一些提高掃描效率的技巧和方法，“Márcio說道。由于Kevin只需要周末時(shí)使用掃描儀，所以經(jīng)商量，他可以在周末租用Artec Eva。

Artec Eva是一款便攜式三維掃描儀，采用結(jié)構(gòu)光科技，對人體而言100%安全，適合快速掃描大中型物體，精度可達(dá)0.1毫米，分辨率可達(dá)0.2毫米（HD模式）。

“Márcio是位很棒的老師，整個(gè)培訓(xùn)只花了1小時(shí)，我就學(xué)會了，“Kevin說道。

Kevin用Artec Eva掃描自己的兒子。

在接下來的兩周，Kevin在舊金山灣區(qū)來來回回，掃描了“自己認(rèn)識的所有5-11歲兒童”。考慮到孩子鼻梁和鼻子大小不一，能搜集到各種3D數(shù)據(jù)，對本項(xiàng)目而言至關(guān)重要。所以，不同種族的孩子（亞裔、西班牙裔、美國非裔、高加索人）都進(jìn)行了掃描，有了完整的頭部掃描就能設(shè)計(jì)出不勒耳朵的帶子。

每次頭部掃描不到20秒，后期清理只需30秒。盡管起初他有所顧慮，但最后他確實(shí)不需要再購買Windows系統(tǒng)的電腦來運(yùn)行Artec Studio。2015年的MacBook Pro加上Boot Camp就足以順利處理掃描。

Kevin用Artec Eva為兒子首次完成的三維掃描，所有特征如實(shí)呈現(xiàn)。

“有一次，學(xué)校排了十幾個(gè)孩子要掃描。Artec Studio的優(yōu)勢就在于，我可以之后再清理掃描，”他說道。“我只要把孩子頭部后面的偽影切掉即可。清理噪點(diǎn)很容易。”

Artec Studio處理后，每份掃描需要發(fā)送至Pro Engineer CAD軟件。“準(zhǔn)確對齊每份掃描后，找到適合各種臉型的形狀。這些掃描幾乎幫我們確定了90%的外形。之后，我們又進(jìn)行了多次3D打印，在孩子身上測試效果，每次進(jìn)行微調(diào)，逐漸制作出高分辨率的設(shè)計(jì)原型，”Kevin說道。

設(shè)計(jì)墊圈。

精益求精

項(xiàng)目進(jìn)行至此，Kevin及其團(tuán)隊(duì)，也就是來自不同領(lǐng)域的專家朋友，需要繼續(xù)完善設(shè)計(jì)。

“我們采用PolyJet打印技術(shù)，模擬硅膠材料的穿戴感受，并驗(yàn)證我們的設(shè)計(jì)，”Kevin說道。然后，團(tuán)隊(duì)找到生產(chǎn)工具。在共射成型階段，液態(tài)硅橡膠被粘合至塑料部件上，形成整體，其中過濾裝置開口處是空氣顆粒唯一可以滲透的地方。

所以，F(xiàn)lo Mask的軟墊可以勾勒出兒童的臉部輪廓，同時(shí)口罩不會貼在嘴唇上。可調(diào)節(jié)的綁帶可以直接繞過耳后，上方的帶子后面還加了橡膠墊，防止滑落。

Flo Mask團(tuán)隊(duì)經(jīng)過幾輪CAD設(shè)計(jì)、3D打印、測試，確定了適合兒童的口罩設(shè)計(jì)。

新一代過濾器

尋找合適的過濾器很難，為此Kevin幾乎放棄了整個(gè)項(xiàng)目，畢竟過濾裝置的透氣性直接決定了口罩的成敗。

通常，過濾裝置由緊密編織的纖維組成，防止顆粒通過。更好的保護(hù)往往要犧牲透氣性。“看起來還沒有透氣性良好的過濾器，我在美國找到一家生產(chǎn)呼吸機(jī)過濾器的醫(yī)療公司，”Kevin說道。

Spunbond無紡布制成的呼吸機(jī)過濾裝置在阻隔病毒方面效果很好，同時(shí)還能保持良好的透氣性。“生產(chǎn)過程很不同，”Kevin解釋道。“這種過濾裝置不編織纖維，而是在上面打洞。這一過程會產(chǎn)生靜電荷，在吸引有害微粒與病毒時(shí)非常有用。”

Flo Mask的一次性過濾裝置可以持續(xù)使用8小時(shí)。“在煙霧彌漫的環(huán)境中，過濾器的損耗更重，所以要盡早更換，”Kevin解釋道。“如果只是戴著口罩去雜貨店，那用幾天也沒問題。口罩其余部分可以用水和肥皂清洗，一小時(shí)內(nèi)就會干。”

清洗Flo Mask同樣相當(dāng)簡單。

用戶反饋

“我還沒找到臉型不符合的小孩，”Kevin說道。“我們掃描了5-11歲的兒童，得到的臉型確實(shí)質(zhì)量很高，年齡范圍擴(kuò)大到4-12歲都沒問題，令人喜出望外。”但事實(shí)上，已經(jīng)有2歲的孩子，也戴上了這款口罩。

周末，Kevin經(jīng)常帶著孩子去公園，他們會花上幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間戴著面具踢足球。“孩子們戴著口罩跑來跑去，呼吸和說話都不成問題，”Kevin說道。他還告訴我們，加州門羅帕克Burgess兒科聯(lián)合創(chuàng)始人James Cisco博士測了Kevin家4歲女兒佩戴Flo Mask口罩后的血氧情況，也對這款產(chǎn)品相當(dāng)認(rèn)可。看到數(shù)據(jù)顯示100%，他頻頻點(diǎn)頭。

 “Flo Mask提升了兒童口罩的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。硅膠墊獨(dú)特，過濾效率高，還可水洗，讓我眼前一亮，”Cisco博士說道。

Nelson實(shí)驗(yàn)室測試顯示，F(xiàn)lo Mask過濾效果可達(dá)0.1微米，能有效阻擋超過99.8%的病毒。

參與Flo Mask研發(fā)的家庭都免費(fèi)領(lǐng)到了一只口罩，佩戴起來感到非常滿意。

戴著口罩上飛機(jī)的5年級學(xué)生Patrick很快就適應(yīng)了新口罩。“雖然有點(diǎn)壓臉，但相對而言還是很舒適，很快就感覺不到它的存在了，”他說道。

“這款口罩對戴眼鏡的孩子來說特別友好，”他的父親補(bǔ)充道。“戴上口罩呼吸時(shí)，眼睛上起霧的問題沒這么嚴(yán)重了。” 

一個(gè)有5歲和10歲孩子的母親表示，這款口罩不僅實(shí)用，還顏值在線。

“下巴部位的墊圈密封性很好，口罩立體有型，能保證口罩內(nèi)部有足夠的空間得以呼吸，”她說道，“而且外觀上也很出眾。”

Flo Masks正式上市

經(jīng)過兩年時(shí)間，打磨了幾十款設(shè)計(jì)，F(xiàn)lo Mask于2020年12月正式發(fā)售。迄今為止，美國有超過2000位兒童正在使用這款口罩，許多家長在亞馬遜網(wǎng)站上表示自己孩子非常喜歡，用戶評價(jià)高達(dá)4.5分。

Flo Mask配有5個(gè)一次性過濾裝置。

“疫情關(guān)系，現(xiàn)在口罩的需求更大了，”Kevin說道。“各國國門即將打開，孩子們又要回到學(xué)校，或者到處旅行，人們可能會慢慢注意到這款與眾不同的口罩。我還沒找到其他能完成這項(xiàng)任務(wù)的解決方案，這是對埃太科三維設(shè)備的證明。如果沒有Artec Eva，F(xiàn)lo Mask是不可能實(shí)現(xiàn)的。”