Hack The Crisis: Inżynieria Studenci Craft DIY Wentylator

Podobno w samym Nowym Jorku potrzebne są tysiące aparatów oddechowych, które nie są dostępne w wystarczającej liczbie. Producenci medyczni zwiększyli produkcję. General Motors, działający na podstawie ustawy o produkcji obronnej, powiedział, że dostarczy 30 000 sztuk do sierpnia. Nawet firmy takie jak Dyson i Tesla wskakują do walki.

Ale wentylatory stosowane w Stanach Zjednoczonych to wyrafinowane, wysoko zaprojektowane maszyny, które kosztują od 5 000 do 0,00 $ 5 0,000 $ każdy i potrzebują wielu specjalistycznych komponentów od wielu dostawców - wielu którzy są na morzu, mają niewielki personel lub są obecnie zablokowani.

Jako pragmatyczną alternatywę studenci z Brown School of Engineering na Rice University stworzyli podstawowe urządzenie z gotowych części, które zapewnia wentylację szpitalną, ale kosztuje tylko kilkaset dolarów.

Podstawy wentylatorów są dość proste. Koronawirus może powodować stany zapalne w płucach, które blokują błony, które przenoszą tlen z powietrza do krwi. Wentylatory przyłóżkowe pomagają wepchnąć powietrze do płuc, aby je otworzyć. Pacjent dostaje więcej tlenu i ma możliwość ustabilizowania się i powrotu do zdrowia.

W ubiegłym roku starszy zespół studentów inżynierii biologicznej i mechanicznej pracujący w Rice's Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) zaprojektował i zbudował opłacalne urządzenie, które automatyzuje kompresję ręcznych masek zaworów workowych. BVM składa się z elastycznej komory powietrznej przymocowanej do maski na twarz. Ściśnięcie worka powoduje przepływ powietrza przez zawór jednokierunkowy do płuc intubowanych pacjentów mających trudności z samodzielnym oddychaniem. Te maski były używane od prawie 70 lat i zwykle są noszone przez personel medyczny. Każdego roku na całym świecie produkuje się ponad 100 milionów maszyn BVM.

Ale maski trudno jest ścisnąć ręcznie przez dłużej niż kilka minut na raz. Zautomatyzowany system może wykonywać to zadanie przez wiele godzin. Uczniowie użyli standardowego silnika $ 25 i mikrokontrolera $ 5 do zasilania i programowania systemu. „Kompresor” urządzenia jest urządzeniem zębatkowym wykonanym głównie z 3 części z tworzywa sztucznego z nadrukiem D z przymocowanymi łopatkami, które cyklicznie ściskają worek. Przewidywali, że urządzenie będzie przydatne w szpitalach o niskich zasobach w krajach rozwijających się lub w nagłych wypadkach, gdy brak jest przenośnych respiratorów.

Teraz, gdy szaleją kryzys COVID-19, na uniwersytet napływają prośby o plany dotyczące wczesnego prototypu. Pracownicy OEDK firmy Rice szybko zmodernizowali prototyp studencki w bardziej odporną jednostkę ApolloBVM zaprojektowaną do zastosowań medycznych, a także wystarczająco ekonomiczną, aby można ją było uznać za jednorazową.

ApolloBVM jest zbudowany z części 3 drukowanych w technologii D i wycinanych laserowo, ale większość komponentów można łatwo uzyskać w sklepach internetowych i sklepach ze sprzętem. Obejmuje to silniki goBilda z Servo City, koła zębate i elementy mocujące od McMaster-Carr oraz części elektryczne od Mouser. Ambu jest podstawowym BVM. A tablica Arduino, zakupiona od Amazon, ułatwia programowanie, które pozwala użytkownikom dostosować szybkość dostarczania powietrza do pacjentów.

Zautomatyzowana jednostka BVM została zbudowana za mniej niż 250 dolarów, co jest znacznie niższym kosztem niż w przypadku komercyjnych wentylatorów podstawowych.

Urządzenie przyjmuje tlen na ścianie lub w zbiorniku przez standardowy niskociśnieniowy port wlotowy. Wyświetlacz LCD pozwala użytkownikom ustawić parametry operacyjne i rozpocząć lub zatrzymać kompresję. Kontrole mają ustawienia dla dorosłych, dzieci i dzieci, które obecnie pozwalają na częstość oddechów od 5 do 30 uderzeń / min (w przyrostach 1 uderzeń / min), objętości od 300 do {{6} } ml (w przyrostach 50 ml), zmienne nadciśnienie i regulowane stosunki wdechowe: wydechowe. ApolloBVM ma około 14 × 16 × 7 w. wielkości i waży mniej niż 10 funtów, dzięki czemu nadaje się do użytku na przenośnym stoliku nocnym. Jest zasilany przez 120 Vac o poborze mocy 0010010 lt; 15 W.

Od kiedy Rice ogłosiła ukończenie nowego prototypu przez zespół 27 w marcu, setki lekarzy, inżynierów, producentów i majsterkowiczów z ponad 50 krajów poprosiło o informacje na temat projektu. Plany open source dla ApolloBVM zostały opublikowane online i są ogólnie dostępne na całym świecie.

Departament Obrony jest jedną z grup zainteresowanych ApolloBVM. Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych zaprosiła kilka instytucji do przedstawienia propozycji opracowania taniego, mechanicznego systemu wspomagania wentylacji, który można szybko wyprodukować przy użyciu powszechnie dostępnych zasobów. „Jest to tak proste, jak to tylko możliwe, ze wszystkimi łatwo dostępnymi częściami” - powiedział Danny Blacker, kierownik projektu inżynieryjnego OEDK.

Przy ciągłym rozprzestrzenianiu się koronawirusa i rosnącym niedoborze wentylatorów na całym świecie ApolloBVM może pomóc pacjentom z COVID-19, którzy są mniej krytycznie chorzy, czekając na dostępność standardowego respiratora szpitalnego. „Bezpośrednim celem jest urządzenie, które działa wystarczająco dobrze, aby utrzymać niekrytycznych pacjentów z COVID-19 stabilne i uwalnia większe wentylatory dla bardziej krytycznych pacjentów”, powiedziała Amy Kavalewitz, dyrektor wykonawczy OEDK.

„To zmieni sytuację w szpitalach, w których brakuje wentylatorów”, powiedział dr Rohith Malya, profesor medycyny ratunkowej w Baylor College of Medicine i doradca zespołu inżynierów Rice. „Osoby mające powiązania z zakładem produkcyjnym, który może je szybko wyprodukować, powinny uzyskać zezwolenie FDA na użycie w sytuacjach awaryjnych. Pracujemy lokalnie, aby to zrobić. ”

W testach laboratoryjnych ze sztucznym płucem najnowszy prototyp dostarczał nieprzerwane powietrze przez 24 godzin, aż do wyłączenia urządzenia. Kolejnymi krokami są testy z udziałem ludzi we współpracy z Texas Medical Center i współpraca z producentami dążącymi do zwiększenia produkcji urządzeń szpitalnych.