Hack The Crisis: Inžinieri študentov remeselníckeho remeselníka

Samotné mesto New York údajne potrebuje tisíce dýchacích prístrojov, ktoré nie sú ľahko dostupné v dostatočnom počte. Výrobcovia liekov zvýšili výrobu. General Motors, pôsobiaci podľa zákona o obrannej výrobe, uviedol, že do augusta dodá 30 000 kusov. Dokonca aj spoločnosti ako Dyson a Tesla skočia do boja.

Ale ventilátory používané v USA sú sofistikované, vysoko skonštruované stroje, z ktorých každý stojí od {$ 5, 000 do $ 5 0,000, a potrebujú veľa špecializovaných komponentov od širokého spektra dodávateľov - mnohí z ktoré sú na otvorenom mori, krátke s posádkou alebo sú v súčasnosti zablokované.

Ako pragmatickú alternatívu vytvorili študenti na Rice University's Brown School of Engineering základné zariadenie z bežných častí, ktoré dodáva vetranie v nemocnici, ale stojí iba pár stoviek dolárov.

Základy ventilátorov sú veľmi jednoduché. Koronavírus môže spôsobiť zápal v pľúcach, ktorý blokuje membrány, ktoré prenášajú kyslík zo vzduchu do krvi. Nočné ventilátory pomáhajú tlačiť vzduch do pľúc a otvárajú ich. Pacient dostáva viac kyslíka a má možnosť stabilizovať sa a zotaviť sa.

Minulý rok navrhol a postavil nákladný tím študentov bio- a strojárskeho inžinierstva pracujúci v ryžovej Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) nákladovo efektívne zariadenie, ktoré automatizuje kompresiu masky ručných ventilových vakov. BVM pozostáva z flexibilnej vzduchovej komory, ktorá je pripevnená k maske na tvár. Stlačenie vaku tlačí vzduch cez jednosmerný ventil a do pľúc intubovaných pacientov, ktorí majú problémy s dýchaním sami. Tieto masky sa používajú takmer 70 roky a zvyčajne ich nosí pohotovostný lekár. Ročne sa na celom svete vyrába viac ako 100 miliónov BVM.

Masky je však ťažké stlačiť ručne po dobu dlhšiu ako niekoľko minút. Automatizovaný systém môže túto úlohu vykonávať celé hodiny. Študenti na napájanie a programovanie systému používali štandardný motor $ 25 a mikroprocesor $ 5 . „Kompresor“ jednotky je stojanové a pastorkové zariadenie vyrobené prevažne z 3 D-tlačených plastových častí s pripojenými lopatkami, ktoré cyklicky stláčajú vak. Predpokladali, že toto zariadenie bude užitočné v nemocniciach s nízkymi zdrojmi v rozvojových krajinách alebo počas mimoriadnych situácií, keď je nedostatok prenosných ventilátorov.

Teraz, po zúrení krízou COVID-19, prichádzajú požiadavky na univerzitu a hľadajú plány pre skorý prototyp. Zamestnanci spoločnosti Rice's OEDK rýchlo inovovali študentský prototyp na robustnejšiu jednotku ApolloBVM navrhnutú na lekárske účely, ktorá bola dostatočne hospodárna na to, aby bola považovaná za jednorazovú.

ApolloBVM je zostavený z niektorých 3 častí tlačených D a laserom, ale väčšinu komponentov je možné ľahko získať prostredníctvom maloobchodných predajcov a železiarstva. Patria sem motory goBilda zo Servo City, prevody a spojovacie prvky od spoločnosti McMaster-Carr a elektrické časti od spoločnosti Mouser. Ambu vyrába základné BVM. A doska Arduino, zakúpená od spoločnosti Amazon, uľahčuje programovanie, ktoré umožňuje používateľom prispôsobiť rýchlosť prívodu vzduchu pacientom.

Automatizovaná jednotka BVM bola postavená za menej ako $ 250, čo je cena podstatne nižšia ako cena komerčných ventilátorov na vstupnej úrovni.

Zariadenie prijíma kyslík na stene alebo v nádrži cez štandardný nízkotlakový vstupný port. LCD displej umožňuje užívateľom nastaviť prevádzkové parametre a spustiť alebo zastaviť kompresiu. Kontroly majú nastavenie pre dospelých, deti a deti, ktoré v súčasnosti umožňujú rýchlosť dýchania od 5 do 30 bpm (v prírastkoch 1 bpm), objemy od 300 do {{6} } ml (v 50 ml prírastkoch), variabilný pozitívny tlak a nastaviteľné pomery vdýchnutie: vydychovanie. ApolloBVM je približne 14 × 16 × 7 . má hmotnosť menšiu ako 10 lb, takže je vhodný na použitie na prenosnom nočnom stolíku. Je poháňaný 120 Vac s 0010010 lt; 15 W odberom energie.

Keďže Rice ohlásila dokončenie nového prototypu tímom v marci 27, stovky lekárov, inžinierov, výrobcov a domácich majstrov z viac ako 50 krajín požiadali o informácie o projekte. Open-source plány pre ApolloBVM boli zverejnené online a sú voľne dostupné po celom svete.

Ministerstvo obrany je jednou zo skupín zaujímajúcich sa o ApolloBVM. Americké námorníctvo vyzvalo niekoľko inštitúcií, aby predložili návrhy na vývoj lacného mechanického podporného systému vetrania, ktorý sa dá rýchlo vyrobiť zo široko dostupných zdrojov. „Je to také jednoduché, ako sa dá, so všetkými ľahko dostupnými dielmi,“ povedal Danny Blacker, vedúci inžinierskeho dizajnu OEDK.

Vďaka pokračujúcemu šíreniu koronavírusu a hroziacemu nedostatku ventilátorov na celom svete by ApolloBVM mohol pomôcť pacientom COVID-19, ktorí sú menej kriticky chorí, zatiaľ čo čakajú na dostupnosť štandardného nemocničného ventilátora. „Okamžitým cieľom je zariadenie, ktoré funguje dostatočne dobre na udržanie nekritických pacientov COVID-19 stabilných a uvoľňuje väčšie ventilátory pre kritickejších pacientov,“ uviedla Amy Kavalewitz, výkonná riaditeľka spoločnosti OEDK.

„Toto zmení rozdiel v nemocniciach, v ktorých dochádzajú ventilátory,“ uviedla Dr. Rohith Malya, odborná asistentka urgentnej medicíny na Baylor College of Medicine a poradkyňa tímu Rice Engineering. „Tí, ktorí majú vzťahy s výrobným zariadením, ktoré ich dokáže rýchlo vyrobiť, by mali požiadať o povolenie na núdzové použitie FDA. Pracujeme lokálne, aby sme to dokázali. “

V laboratórnych testoch s umelými pľúcami dodal najnovší prototyp nepretržitý vzduch po dobu 24 hodín, kým sa zariadenie nevyplo. Ďalším krokom je testovanie s ľudskými pacientmi v spolupráci s Texas Medical Center a spolupráca s výrobcami, ktorí sa usilujú o zvýšenie výroby nemocničných zariadení.