Με πολλούς ανθρώπους να κατευθύνονται σε εσωτερικούς χώρους για τους χειμερινούς μήνες και τα αναπνευστικά σταγονίδια να συμβάλλουν σημαντικά στην εξάπλωση του COVID-19, η επιστημονική κοινότητα έχει ανανεώσει το ενδιαφέρον για τη δυναμική πίσω από τον τρόπο εξάπλωσής τους. Η μοντελοποίηση μιας τέτοιας συμπεριφοράς σε διάφορα σενάρια για σωματίδια που κυμαίνονται από μικρότερο από 1 μικρόμετρο σε μέγεθος έως 1.000 μικρόμετρα αποδεικνύεται πρόκληση.

Σε Προκαταβολές AIPΟ Hongping Wang και η ομάδα του δείχνουν μοντέλα να οδηγούν πώς αναπνευστικά σταγονίδια έπεσε από ένα μανεκέν μέσα σε μια σήραγγα νερού, η οποία είχε κλίση από διαφορετικές γωνίες για να μιμηθεί ένα άτομο που ανεβοκατέβαινε τις σκάλες.

“Δύο διαφορετικά μοτίβα διασποράς σταγονιδίων παρατηρούνται λόγω των διαφορετικών ροών αφύπνισης”, είπε ο Wang. «Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι πρέπει να βήχουμε με το κεφάλι προς τα κάτω προς το έδαφος για να διασφαλίσουμε ότι τα περισσότερα από τα σταγονίδια εισέρχονται στην περιοχή αφύπνισης».

Τα ομαδικά τρισδιάστατα μανεκέν που χρησιμοποιούν λευκή ρητίνη, το καθένα με διαφορετική γωνία κλίσης για να αντιπροσωπεύει την κλίση που κάνουμε φυσικά όταν ανεβαίνουμε σκάλες και την κλίση προς τα πίσω όταν κατεβαίνουμε.

Αφού τοποθετήσετε κάθε μανεκέν στο σήραγγα νερού, εισήγαγαν κοίλες γυάλινες μικροσφαίρες στη σήραγγα. Όταν φωτίζονταν από λέιζερ, οι γυάλινες μικροσφαίρες παρείχαν έναν τρόπο οπτικοποίησης της κίνησης της ροής πίσω από τα μανεκέν. Αυτό το πεδίο ροής, που συχνά ονομάζεται αφύπνιση, μελετήθηκε χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται ταχύτητα μέτρησης εικόνας σωματιδίων.

Σε προσομοιώσεις υπολογιστή, σωματίδια χαμηλότερα από το κεφάλι και κινούμενοι προς το έδαφος πιάστηκαν στο πέρασμα κάθε μανεκέν και μετακινήθηκαν προς τα κάτω. Φάνηκε ότι τα σωματίδια πάνω από το κεφάλι ήταν σε θέση να μετακινηθούν οριζόντια σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις σαν να εκπέμπονταν από την κορυφή του κεφαλιού.

Για τα μανεκέν των οποίων οι κλίσεις αντανακλούσαν την ανηφόρα σκάλας, τα σωματίδια συγκεντρώθηκαν κάτω από τον ώμο και μετακινήθηκαν προς τα κάτω με μια μικρή απόσταση ταξιδιού. Για την προσομοίωση της κατάβασης, τα σωματίδια που διασκορπίζονται πάνω από το κεφάλι του ατόμου μεταφέρθηκαν για μεγάλη απόσταση.

«Η μεγαλύτερη πρόκληση είναι πώς να χρησιμοποιήσουμε σωματίδια στο νερό για να προσομοιώσουμε τα σταγονίδια στον αέρα», είπε ο Wang. «Το πιο εκπληκτικό μέρος ήταν ότι τα σωματίδια υψηλότερα από το κεφάλι μπορούν να διανύσουν πολύ μεγαλύτερη απόσταση από αυτά τα σωματίδια χαμηλότερα από το κεφάλι λόγω της επαγωγής της ροής αφύπνισης».

Ο Wang στη συνέχεια θέλει να μελετήσει τα τρισδιάστατα αποτελέσματα του τι συμβαίνει όταν οι πραγματικοί άνθρωποι βήχουν ενώ περπατούν σε πειραματικές συνθήκες.