Sisukord:

Insenerid Pakuvad Koroonaviiruse Seadmete Puudusele Isetegemise Lahendusi
Insenerid Pakuvad Koroonaviiruse Seadmete Puudusele Isetegemise Lahendusi

Video: Insenerid Pakuvad Koroonaviiruse Seadmete Puudusele Isetegemise Lahendusi

Video: Insenerid Pakuvad Koroonaviiruse Seadmete Puudusele Isetegemise Lahendusi
Video: Vebinar: „Kuidas viirus õhus levib ehk miks on ventilatsioon COVID-19 leviku tõkestamisel oluline?" 2023, Märts
Anonim

Kui haiglad paluvad kaitsevahendeid ja ventilaatoreid, suhtuvad mõned inimesed probleemile loovalt.

Insenerid pakuvad koroonaviiruse seadmete puudusele isetegemise lahendusi
Insenerid pakuvad koroonaviiruse seadmete puudusele isetegemise lahendusi

Maailm vajab hädasti kaitsevahendeid, et hoida tervishoiutöötajaid ohutuna, ja ventilaatoreid, mis aitavad raskelt haigetel COVID-19 patsientidel hingata. Massiivselt suurenenud nõudluse ja seiskunud tarneahelate taustal üritavad insenerid seadmeid ümber kujundada, et neid saaks toota väljaspool spetsialiseeritud tehaseid.

Georgia ülikooli tehnoloogiainstituudi bioinsener Saad Bhamla sõnul tuginevad akadeemiliste asutuste teadlased sõltumatu tegija liikumise vaimule. "Me kasutame kogu seda olemasolevat kogukonda," ütleb ta, märkides, et paljudes linnades on klubid isetegemise huvilistele. Sellised isikud töötavad sageli vabal ajal valmistamislaborites ja tootjaruumides. Nüüd esitab COVID-19 pandeemia neile ainulaadse probleemi. "Inimestel on kutse relvadele," ütleb Bhamla, "ja nad kasutavad ära oma loomingulisi ja probleemide lahendamise võimeid."

Tee-seda-ise-lähenemine on kõige ilmsem näomaskide puhul: harrastajad jagavad kujundusi ja juhiseid, mis võimaldavad amatööridel ise õmmelda pestavaid katteid. Mõned annetavad neid maske haiglatele, ehkki meditsiinilises keskkonnas võivad sellised mitteametlikud vahendid olla vaid viimase abinõuna. Varasemad uuringud on näidanud, et kuigi omatehtud näokaitsed võivad vähendada mikroobide levikut, on need vähem efektiivsed kui professionaalselt toodetud kirurgilised maskid. See erinevus on osaliselt tingitud sellest, et kirurgilised maskid on valmistatud materjalidest, mis suudavad paremini peatada viirust kandvad tilgad, mis pritsivad inimese aevastamise ja köhimise korral, kui kangad nagu puuvill, mida kasutatakse paljudes omatehtud versioonides. Selle asemel, et tugineda üksikisikute panusele, saadavad mõned haiglad meditsiinilise kvaliteediga materjale erinevatele rõivatootjatele, alates moekunstnik Christian Sirianost kuni Ohishi amishi kogukonnani, kes on hakanud tootma mitteläbilaskvamaid maske ja hommikumantleid.

Kuid maskid on ainult üks element isikukaitsevahenditest, mida tervishoiutöötajad vajavad, ja need ei vaja õmblusmasinate massilist tootmist ümber. Sellised seadmed nagu näokaitsed-läbipaistvad plastist lehed, mille kandjad rihma otsmikule tagavad, et piiskade vastu lisatõke tekiks, on teine lugu. Sellist seadet on võimalik MacGyverit plast- ja tõmblukkude või kummipaelade lehelt kasutada, kuid protsess ja tulemused oleksid masstootmiseks liiga aeganõudvad ja sobimatud. Selle asemel on insenerid välja töötanud mitu viisi näokaitsete valmistamiseks, mida 3D-printerid ja laserlõikurid saaksid purustada.

Näokaitse

Bhamla on üks esimesi meeskondi, kes lähenevad koroonaviiruse seadmetele isetegemise meetodil, mida koordineeritakse ärisuhtlusplatvormil Slack. Kui Nicholas Moser liitus esmakordselt grupiga nimega Helpful Engineering, osales ta enda sõnul umbes 300 osalejal. Kui selle fookus nihkus koroonaviiruse vastu võitlevatele kujundustele, tõusis selle kirjutamise ajal liikmeskond tuhandeteni. Moser, kellel on projektijuhi kogemus, sai MASKprojecti juhtivaks alamrühmaks, mille eesmärk on välja töötada kaitsevarustus. MASKproject alustas kiiresti kahe näokaitse viimistlemist, keskendudes lõpuks origamistiilis kujundusele. Iga kaubanduslik vormilõikur, laserlõikur või veejuga võib lõigata avatud lähtekoodiga kujunduse tasasest plastilehest, mis seejärel käsitsi volditakse sobivaks kolmemõõtmeliseks kujuks.

Moseri sõnul lähevad tema meeskonna näokaitsed juba viide haiglasse, sealhulgas New Orleansi, Massachusettsi ja California haiglasse, kiirusega umbes 10 000 nädalas. Järginud on ka teised organisatsioonid: nii Massachusettsi tehnoloogiainstituut kui ka Duke'i ülikooli tervishoiusüsteem on teatanud, et nende teadlased töötasid välja ja testisid oma näokaitse prototüüpe. Sarnaselt MASKprojecti kujundusega toodetakse M. I. T. kilp stantsimismasinal ja volditakse seejärel käsitsi kokku, samas kui Duke Health’s kasutab 3-D-trükiga peapaela.

Kõigil neil juhtudel saab uusi kilpe toota suhteliselt tavalistel masinatel - laserlõikuritel, stantsilõikuritel ja 3D-printeritel leidub paljudes tootjaruumides, laborites ja tootmisruumides, kus tavaliselt meditsiiniseadmeid ei valmistata. Moseri meeskond soovib oma seadmete tootmiseks teha koostööd paljude partneritega. "Kõik alates väikesest poest, kus tehakse kõrgtrükki, mis lõikab vormist välja paberitükke, kuni suurte tehasteni, kus on rull-lõikurid, mis suudavad toota sadu tuhandeid kilpe päevas," lisab Moser. Selle nn hajutatud tootmise mudeli abil välja töötatud seadmed voolavad kvaliteedi kontrollimiseks ja desinfitseerimiseks kesksesse keskusesse, enne kui nad haiglatesse tarnitakse. "Osa sellest põnevast projektist on see, et sellist hajutatud tootmist pole kunagi olnud," ütleb ta. "Sellist hajutatud tootmise skaalat pole kunagi tehtud. Ja tarneahelad saavad kõigi nende inimestega hämmastavalt kiiresti läbi.”

N95-sid vaja

Ehkki hajutatud tootmise eeliseks on kiirus, on selle jaoks vaja ümbertöötlusseadmeid, et esemeid saaks toota pigem selliste masinatega nagu 3D-printerid, mitte spetsiaalsete seadmetega. Ja mitte kõik uued kujundused ei vasta rangetele meditsiinilistele standarditele, mis on eriti olulised peamiste esemete jaoks, mida on nüüd tõsiselt vähe: respiraatorid N95. Kirurgilised maskid võivad piiskad peatada, kuid viirused võivad siiski materjali läbi pigistada. See võimalus on murettekitav, kui õhk täidetakse viirusosakestega, mis juhtub siis, kui arstid ventileerivad raskelt haigeid koronaviirusega patsiente. Enda kaitsmiseks sellistes olukordades ei anna meditsiinitöötajad respiraatoreid N95. Need maskid sobivad nahale tihedalt, lubades õhku ainult läbi tiheda filtri, mis blokeerib 95 protsenti väga väikestest osakestest, võimaldades kasutajatel siiski hingata ilma liigse pingutuseta.

N95-s olev filter on valmistatud kedratud polüpropüleenist, materjalist, mida praegu napib. Nii kavandavad Moser ja tema kolleegid sarnast seadet, mis võib kasutada muid aineid. "Oleme välja töötanud ja prototüüpinud ning katsetame filtri-agnostilist näokaitset asenduseks N95-ga," ütleb ta. MASKproject respiraator koosneb 3D-prinditud alusest, mis sobib tihedalt näo külge. Tootel on eesmine rest, mis sunnib õhku sisenema läbi virna filtreerivate materjalide, sealhulgas kõrge kasuteguriga tahkete osakeste õhufiltrid, mis vastavad samadele osakeste spetsifikatsioonidele nagu N95. Nii et neid ei hinnata sellise kasutamise eest, kuid neil on sarnane klassifikatsioon,”ütleb Moser. Tema rühm testib praegu seadmeid nii filtreerimise kui ka hingavuse osas.

Tõenäoliselt ei hüppa MASKprojecti seade läbi kõik regulatiivsed rõngad, millest sertifitseeritud N95 respiraatorid peavad läbima. "Sellised tooted nagu N95 respiraatorid läbivad rangelt testimisprotsessi, et sellel tasemel kvalifitseeruda," ütleb Põhja-Carolina osariigi ülikooli tööstus- ja süsteemitehnika professor Julie Swann. Kuid praegune pandeemia ei oota katsetamist: Toidu- ja Ravimiamet teatas hiljuti, et eriolukordades võivad USA organisatsioonid pöörduda selliste asendajate poole nagu Hiinas kasutatavad võrreldavad kaitsmed. Moser näeb oma meeskonna alternatiivi N95-le sarnase varuvariandina. "MASKproject, mina ja abivalmid insenerid - me ei tee meditsiiniseadmeid," ütleb ta. „Valmistame üldkasutatavaid tooteid, mida katsetame samade rahvusvaheliste standardite järgi kui võrreldavaid seadmeid, mis on defitsiidis. Kuid neil ei ole sertifikaate, nad ei ole reguleeritud ega ole mõeldud meditsiiniliseks kasutamiseks. " Moser märgib, et haiglad võivad taotleda MASKprojecti seadmeid, "kuid neid ei turustata üldse meditsiiniliseks kasutamiseks." Hoolimata sellest lahtiütlemisest taotleb tema meeskond FDA ning USA haiguste tõrje ja ennetamise keskuste riikliku tööohutuse ja töötervishoiu instituudi sertifikaati.

Ventilaatori ümberkujundamine

Sarnaselt respiraatoritega N95 peavad ka ventilaatorid vastama äärmiselt rangetele standarditele. Kui hapniku hulk COVID-19 patsientide veres langeb ohtlikule tasemele, üritavad need masinad nende jaoks hingata. Kuid keerukaid ja kalleid seadmeid on kogu maailmas piiratud koguses, isegi kui tootjad suurendavad oma tootmise määra.

"Suurbritannias on küsimus selles, et meie ventilaatoritootjad on suurepärased, kuid praegune tootmisvõimsus on umbes 2 000 aastas," ütleb Oxfordi ülikooli insener Mark Thompson. Ta märgib, et riik vajab palju rohkem masinaid kui see, et toetada hinnangulist COVID-19 patsientide arvu, kes neid lähikuudel vajavad. "Ühegi meie ventilaatoritootja toodangut pole lihtsalt võimalik laiendada," ütleb ta. "Sellel peab olema täiesti erinev lahendus."

Thompson on üks paljudest teadlastest, kes juhib ühekordselt kasutatava ventilaatori asendaja väljatöötamist, mis on inspireeritud olemasolevast tootest: pigistuskott, mida tervishoiutöötajad kasutavad patsiendi hingamise käsitsi juhtimiseks hädaolukordades. Hapnikuvarustuse ja pigistamis- ja vabastamisprotsessi automatiseerimise aparaadi abil võib selline seade aidata nakatunud inimesel hingata pikema aja vältel sarnaselt ventilaatoriga. Sel juhul soovis Thompsoni meeskond saavutada selle automatiseeritud protsessi koos riiulil olevate osadega, et seadet oleks lihtsam valmistada. "Põhimõtteliselt pöörleb see idee omada palju ühekordselt kasutatavaid esemeid, [mis] on laialdaselt kättesaadavad [ja mis] on kõik patsiendile suunatud seadmed," ütleb ta. Pärast meeletut kahenädalast arendusperioodi hakkasid Thompson ja tema kolleegid katsetama oma ventilaatori asendajat, nimega OxVent. Ja nad on praegu testide teises voorus, et saada heakskiit Ameerika Ühendriikide FDA-ga sarnase Suurbritannia asutuse Ravimite ja tervishoiutoodete reguleerimise agentuuri poolt. Kui arendajad saavad rohelise tule, kavatsevad nad korraldada meditsiiniseadmete tootja Smith + Nephew toota nende avatud lähtekoodiga kujundust.

OxVent oli varajane võistlus ventilaatorite ümberkujundamiseks kiirema tootmise nimel, kuid see pole ainus võistleja. Kolm erinevat füüsikute rühma on välja töötanud oma hädaolukorra ventilaatori prototüübid. Ja sel kuul käivitas CoVent-19 väljakutse avatud konkursi, kus kutsuti üles uutele ventilaatorite disainidele. Plaan on, et need töötatakse välja vaid kahe kuu jooksul.

Need kujundused ei ole nii keerukad kui tavalised ventilaatorid. Näiteks märgib Thompson, et tema meeskonna toode tuleb pärast ühe patsiendi kasutamist ära visata. Samuti puuduvad täissuuruses ventilaatoritel olevad seireseadmed ja alarmid. Teiselt poolt saavad ettevõtted avariiventilaatorite tootmist palju kiiremini laiendada, kasutades hajutatud tootmistüüpi, millele Moseri töö ka tugineb. "Väljakutse seisneb selles, et enne epideemia haripunkti valmistatakse veel umbes 20 000 ventilaatorit," ütleb Thompson. "Me arvame, et sellise hajutatud süsteemi korral on meil võimalus sellega hakkama saada."

Lisateavet koronaviiruse puhangu kohta leiate siit.

Populaarne teemade kaupa