Hack krīze: inženierzinātņu studentu amatniecības DIY ventilators

Kā ziņots, tikai Ņujorkai nepieciešami tūkstošiem elpošanas aparātu, kas nav viegli pieejami pietiekamā skaitā. Medicīnas ražotāji ir palielinājuši ražošanu. General Motors, kas darbojas saskaņā ar Aizsardzības ražošanas likumu, paziņoja, ka līdz augustam piegādās 30 000 vienību. Pat tādi uzņēmumi kā Dyson un Tesla sāk pārņemt sprādzienu.

Bet ASV izmantotie ventilatori ir sarežģītas, ļoti izstrādātas iekārtas, kuru cena ir no USD 5 000 līdz USD 5 0,000 USD, un viņiem ir nepieciešams daudz specializētu komponentu no plaša piegādātāju loka - daudzi no kuri ir ārzonas, īss personāls vai šobrīd atrodas ieslodzījumā.

Kā pragmatisku alternatīvu Ričas Universitātes Brūnās inženierzinātņu skolas studenti no standarta detaļām izveidoja pamata ierīci, kas nodrošina ventilāciju slimnīcā, bet maksā tikai pāris simtus dolāru.

Ventilatoru pamati ir diezgan vienkārši. Koronavīruss var izraisīt iekaisumu plaušās, kas bloķē membrānas, kas skābekli no gaisa pārnes asinīs. Ventilatori pie gultas palīdz virzīt gaisu plaušās, lai tos atvērtu. Pacients saņem vairāk skābekļa, un viņam ir iespēja stabilizēties un atgūties.

Pagājušajā gadā vecākā bio- un mašīnbūves studentu komanda, kas strādāja Rīsa Ošmana inženierijas dizaina virtuvē (OEDK), izstrādāja un uzbūvēja izmaksu ziņā efektīvu ierīci, kas automatizē manuālo maisiņu vārstu masku saspiešanu. BVM sastāv no elastīgas gaisa kameras, kas piestiprināta pie sejas maskas. Saspiežot maisiņu, gaiss tiek izspiests caur vienvirziena vārstu un intuitētu pacientu plaušās, kuriem pašiem ir grūti elpot. Šīs maskas tiek izmantotas gandrīz 70 gadus, un parasti tās nēsā neatliekamās medicīniskās palīdzības personāls. Katru gadu visā pasaulē tiek ražoti vairāk nekā 100 miljoni BVM.

Bet maskas ir grūti izspiest ar rokām vairāk nekā dažas minūtes vienlaikus. Automatizētā sistēma var veikt šo uzdevumu stundām ilgi. Sistēmas barošanai un programmēšanai studenti izmantoja parastu $ 25 motoru un $ 5 mikrokontrolleru. Vienības “kompresors” ir zobrata un zobrata ierīce, kas galvenokārt izgatavota no 3 D drukātām plastmasas detaļām ar piestiprinātām lāpstiņām, kas cikliski izspiež maisu. Viņi paredzēja, ka šī ierīce būs noderīga jaunattīstības valstu slimnīcās ar nelielu resursu patēriņu vai ārkārtas situācijās, kad pārnēsājamo ventilatoru trūkst.

Tagad, kad plosās krīze COVID-19, universitātē parādās pieprasījumi, lai meklētu agrīnā prototipa plānus. Rīza OEDK darbinieki ātri modernizēja studenta prototipu par izturīgāku ApolloBVM vienību, kas paredzēta medicīniskai lietošanai, kā arī pietiekami ekonomiska, lai to uzskatītu par vienreiz lietojamu.

ApolloBVM ir izgatavots no dažām 3 detaļām, kas apdrukātas ar D un ar lāzeru izgrieztas detaļas, taču lielāko daļu komponentu ir viegli iegūt tiešsaistes mazumtirgotājos un datortehnikas veikalos. Tajā ietilpst goBilda motori no Servo City, pārnesumi un stiprinājumi no McMaster-Carr, kā arī elektriskās daļas no Mouser. Ambu padara pamata BVM. Arduino dēlis, kas iegādāts ārpus Amazon, atvieglo programmēšanu, kas lietotājiem ļauj pielāgot gaisa piegādes ātrumu pacientiem.

Automatizētā BVM iekārta tika uzbūvēta par mazāk nekā 250 dolāriem, kas ir ievērojami zemākas izmaksas nekā pat sākuma līmeņa komerciālie ventilatori.

Ierīce caur parasto zema spiediena ieplūdes atveri pie sienas vai tvertnes satur skābekli. LCD displejs ļauj lietotājiem iestatīt darbības parametrus un sākt vai pārtraukt saspiešanu. Kontrolei ir pieaugušo, bērnu un bērnu iestatījumi, kas šobrīd ļauj elpošanas ātrumu no 5 līdz 30 sitieniem minūtē (ar 1 sitienu minūtē pieaugumu), tilpumus no 300 līdz {{6} } ml (ar 50 ml soli), mainīgs pozitīvais spiediens un regulējams ieelpas: izelpas koeficients. ApolloBVM ir aptuveni 14 × 16 × 7 collas. izmēra un sver mazāk nekā 10 mārciņas, padarot to piemērotu izmantošanai uz pārnēsājama naktsgaldiņa. To darbina 120 Vac ar 0010010 lt; 15 W enerģijas pievilcību.

Kopš Rīss paziņoja komandai par jauna prototipa pabeigšanu 27 martā, simtiem klīnicistu, inženieru, ražotāju un do-it-yourselfers no vairāk nekā 50 valstīm ir pieprasījuši informāciju par projektu. ApolloBVM atvērtā koda plāni ir ievietoti tiešsaistē un ir brīvi pieejami visā pasaulē.

Aizsardzības departaments ir viena no grupām, kuru interesē ApolloBVM. ASV Jūras spēku flote aicināja vairākas iestādes iesniegt priekšlikumus, lai izstrādātu lētu, mehānisku ventilācijas atbalsta sistēmu, kuru var ātri ražot ar plaši pieejamiem resursiem. “Tas ir tik vienkārši, kā tas ir iespējams, ar visām viegli pieejamajām detaļām,” sacīja Danijs Blekers, OEDK inženierprojekta vadītājs.

Tā kā koronavīruss turpina izplatīties un draudošs ventilatoru trūkums visā pasaulē, ApolloBVM varētu palīdzēt COVID-19 pacientiem, kuri ir mazāk kritiski slimi, kamēr viņi gaida standarta slimnīcas ventilatora pieejamību. “Tiešais mērķis ir ierīce, kas darbojas pietiekami labi, lai nekritiski COVID-19 pacienti būtu stabili, un atbrīvo lielākus ventilatorus kritiskākiem pacientiem,” sacīja Eimija Kavaleviča, OEDK izpilddirektore.

"Tas mainīs slimnīcās, kurās trūkst ventilatoru," sacīja Dr Rohith Malya, Baylor Medicīnas koledžas ārkārtas medicīnas docents un Rīsu inženieru komandas padomnieks. “Tiem, kuriem ir attiecības ar ražotni, kuri tos ātri var izgatavot, jāmeklē FDA atļauja ārkārtas gadījumiem. Mēs strādājam uz vietas, lai to panāktu. ”

Veicot laboratorijas testus ar mākslīgu plaušu, jaunākais prototips nonāca tiešā gaisā 24 stundas, līdz ierīce tika izslēgta. Nākamie soļi ir pārbaude ar pacientiem pacientiem sadarbībā ar Teksasas Medicīnas centru un sadarbība ar ražotājiem, kas vēlas uzlabot slimnīcas līmeņa ierīces ražošanu.