Tại cuộc họp của ngành Động lực dòng chảy trong khuôn khổ phiên họp thường niên lần thứ 73 của Hội Vật lý Mĩ, các nhà nghiên cứu đã trình bày một loạt các nghiên cứu tìm hiểu về khí động lực học của việc lây nhiễm bệnh dịch. Các kết quả nghiên cứu đã đề xuất những chiến lược giảm thiểu nguy cơ rủi ro tren cơ sở hiểu biết một cách chăt chẽ về cách cac hạt lan truyền trộn lẫn với không khí trong những nơi có không gian hạn chế.

Ban đầu các nhà nghiên cứu tập trung vào vai trò của những hạt lớn có vận tốc di chuyển nhanh do ho và hắt hơi gây ra. Tuy nhiê, các sự kiện siêu phân tán được ghi lại đã gợi ý là việc lan truyền trong không khí của những hạt rất nhỏ từ những hoạt động hàng ngày có thể là vật gây lây nhiễm nguy hiểm. Ví dụ 53 trong số 61 ca sĩ ở bang Washington bị lây nhiễm sau hai tiếng rưỡi hát trong buổi diễn tập với dàn hợp xướng vào tháng 3/2020. Trong số 67 hành khách có hai tiếng trên xe buýt ở Chiết Trang, Trung Quốc với một người đã bị nhiễm COVID, 24 người đã bị phát hiện dương tính sau đó.

William Ristenpart, một kỹ sư hóa học tại trường đại học California, Davis, tìm thấy: khi con người nói hoặc hát to, họ đã tạo ra một lượng cực lớn các hạt có kích thước micro, so với khi họ chỉ sử dụng âm lượng trung bình. Các hạt tạo ra trong suốt thời điểm đó vượt quá mức hạt tạo ra từ việc bị ho. Trong những con chuột lang nhà, họ quan sát thấy cúm có thể lây truyền qua việc nhiễm các hạt bụi. Các nhà nghiên cứu cho rằng, nếu điều này đúng với SARS-CoV-2, các vật chủ phát ra những hạt bụi ô nhiễm như các mô, có thể đưa ra nguy cơ rủi ro.

Abhishek Kumar, Jean Hertzberg và những nhà nghiên cứu khác từ trường đại học Colorado, Boulder, đã tập trung vào việc virus này có thể lây truyền qua những buổi biểu diễn âm nhạc. Họ thảo luận về kết quả thu được từ thực nghiệm được thiết kế để đo đạc việc ô nhiễm sol khi từ các nhạc cụ.

“Ban đầu, mọi người đều vô cùng lo ngại về các cây sáo nhưng thật ra sáo lại không phát sinh nguy cơ nhiều lắm”, Hertzberg nói. Nói theo cách khác, các nhạc cụ như clarinet và oboe, vốn có những bề mặt rung ẩm ướt, có xu hướng tạo ra một lượng lớn sol khí. Tin tốt là điều này có thể được kiểm soát. “Khi ah đặt một khẩu trang phẫu thuật lên phần loe của kèn clarinet hoặc trumpet, nó sẽ làm giảm lượng sol khí phát ra xuống mức giọng nói thông thường.

Nhóm các kỹ sư do Ruichen He tại trường đại học Minnesota tìm hiểu một cách giảm nguy cơ rủi ro theo hướng tương tự trong nghiên cứu ở lĩnh vực dòng chảy và các sol khí tạo ra từ nhiều loại nhạc cụ. Dẫu mức các sol khí được sinh ra từ các nghệ sĩ hoặc các nhạc cụ thì chúng cũng hiếm khi di chuyển quá một bước chân. Trên cơ sở phát hiện này, họ đã sáng chế ra một mô hinh chỗ ngồi cho một dàn nhạc biểu diễn và miêu tả nơi đặt các màng lọc và các khán giả để giảm bớt rủi ro.

Trong khi nhiều người đã bắt đầu hình thành thói quen làm việc từ nhà, người ta vẫn khám phá ra những cách để tái trở lại văn phòng một cách an toàn bằng việc giữ khoảng cách xã hội hiệu quả giữa các cá nhân. Sử dụng các mô phỏng hai chiều để mô hình hóa con người như các hạt, Kelby Kramer và Gerald Wang từ trường đại học Carnegie Mellon đã nhận diện được các điều kiện có thể giúp tránh tụ tập và kẹt lại trong những nơi có không gian chật hẹp như những hành lang.

Việc di chuyển tới và rời các tòa nhà trong những chiếc xe vận chuyển nhỏ cũng cho thấy rủi ro lây nhiễm. Kenny Breuer và đồng nghiệp của anh tại trường đại học Brown đã lập nhũng mô phỏng số cách không khí chuyển động thông qua cabin xe để nhận diện chiến lược có thể giảm thiểu nguy cơ rủi ro. Nếu không khí vào và ra một căn phòng tại các điểm xa hành khách có thể làm được điều này. Trong một chiếc xe điều đó đồng nghĩa với việc mở và đóng một vài cửa sổ.

Các nhà toán học MIT Martin Bazant và John Bush đã đề xuất một hướng dẫn an toàn mới được xây dựng trên các mô hình lây truyền bệnh dịch trong không khí hiện tại để nhận diện các mức cực đại của phơi nhiễm trong một loạt môi trường trong nhà. Hướng dẫn của họ phụ thuộc vào một metric gọi là “thời gian phơi nhiễm tích lũy”, vốn được dùng để xác định nhân số người trong một phòng bằng khoảng cách phơi nhiễm. Độ cực đại phụ thuộc vào kích thước và tỉ lệ thông gió trong phòng, việc đeo khẩu trang, khả năng lây nhiễm của các hạt trong sol khí cùng những nhân tố khác. Để có thể thực hiện được hướng dẫn này, các nhà nghiên cứu cùng với kỹ sư hóa học Kasim Khan thiết kế một ứng dụng và bảng tính online mà mọi người có thể sử dụng để đánh giá nguy cơ lây truyền trong nhiều cài đặt khác nhau. Khi Bazant và Bush viết bài báo, họ cho rằng việc giữ khoảng cách ba mét “đem lại một an toàn vừa phải với những sol khí mang mầm bệnh trong không gian trong nhà”.

Trên cơ sở động lực học dòng chảy, những hiểu biết về cách các hạt lây nhiễm chuyển động trong một phòng có thể cuối cùng sẽ đem lại nhưng chiến lược phòng ngừa bệnh dich thông minh hơn.