Inženjeri Nude "uradi Sam" Rješenja Za Nestašice Koronavirusne Opreme

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-07-27 17:19

Dok bolnice mole za zaštitnu opremu i ventilatore, neki pojedinci kreativno pristupaju problemu.

Svijet očajnički treba zaštitnu opremu kako bi zdravstveni radnici bili sigurni i ventilatore koji pomažu teško bolesnim pacijentima s COVID-19 da dišu. Suočeni sa masovno povećanom potražnjom i zaustavljenim lancima opskrbe, inženjeri se trude da redizajniraju opremu kako bi se mogla proizvoditi izvan specijaliziranih tvornica.

Prema Saadu Bhamli, bioinženjeru sa Georgia Institute of Technology, istraživači u akademskim institucijama crpe duh nezavisnog pokreta proizvođača. "Iskoristit ćemo cijelu ovu postojeću zajednicu", kaže on, napominjući da mnogi gradovi imaju klubove za DIY entuzijaste. Takvi pojedinci često volontiraju u laboratorijama za proizvodnju i proizvodnim prostorima. Sada im pandemija COVID-19 predstavlja jedinstveni problem. "Ljudi imaju poziv na oružje", kaže Bhamla, "i prisluškuju svoje kreativne sposobnosti i sposobnosti za rješavanje problema.".

Pristup "uradi sam" najočitiji je u slučaju maski za lice: hobisti dijele dizajn i upute koje omogućavaju amaterima da sami šijeju perive pokrivače. Neki ove maske poklanjaju bolnicama, iako u medicinskom okruženju takva neslužbena oprema može poslužiti samo kao krajnje sredstvo. Prethodno istraživanje pokazalo je da iako domaće zaštite za lice mogu smanjiti širenje mikroba, one su manje učinkovite od profesionalno proizvedenih hirurških maski. Ova razlika je dijelom i zato što su hirurške maske izrađene od materijala koji bolje zaustavljaju kapljice koje prenose virus koji se prskaju kad ljudi kišu i kašlju od tkanina poput pamuka, koji se koristi u mnogim domaćim verzijama. Umjesto da se oslanjaju na doprinose pojedinaca, neke bolnice šalju medicinske materijale raznim proizvođačima odjeće, od modnog dizajnera Christiana Siriana do zajednice amiša u Ohaju, koji su počeli masovno proizvoditi nepropusnije maske i haljine.

Ali maske su samo jedan od elemenata lične zaštitne opreme koja je potrebna zdravstvenim radnicima - i ne trebaju redizajn šivaćih mašina za njihovu masovnu proizvodnju. Oprema poput štitnika za lice - prozirne plastične folije koje nositelji vežu na čelo kako bi se stvorila dodatna barijera protiv kapljica - druga je priča. Moguće je MacGyver takvu napravu izvesti iz plastičnih listova, patentnih zatvarača ili gumica, ali postupak i rezultati bili bi previše dugotrajni i neprikladni za masovnu proizvodnju. Umjesto toga, inženjeri su osmislili nekoliko načina izrade zaštitnih štitova koje mogu stvoriti trodimenzionalni štampači i laserski rezači.

Zaštita lica

Bhamla je član jednog od prvih timova koji imaju DIY pristup opremi za koronavirus, a koji je koordiniran na platformi poslovne komunikacije Slack. Kada se Nicholas Moser prvi put pridružio grupi zvanoj Korisno inženjerstvo, rekao je da je imala oko 300 sudionika. Kako se njegov fokus preusmjerio na dizajne za borbu protiv koronavirusa, članstvo se povećalo na hiljade u vrijeme ovog pisanja. Moser, koji ima iskustvo kao projekt menadžer, postao je voditelj MASKproject-a, podskupine koja ima za cilj razvoj zaštitne opreme. MASKproject je brzo počeo pročišćavati dva štitnika za lice, na kraju se fokusirajući na dizajn u stilu origami. Bilo koji komercijalni rezač kalupa, laserski rezač ili mlaz vode može izrezati dizajn otvorenog koda od ravnog lima plastike, koji se zatim ručno presavije u odgovarajući trodimenzionalni oblik.

Moser kaže da štitnici za lice njegovog tima već izlaze u pet bolnica, uključujući one u New Orleansu, Massachusettsu i Kaliforniji, brzinom od oko 10 000 sedmično. Slijedile su i druge organizacije: i Massachusetts Institute of Technology i Zdravstveni sistem Univerziteta Duke objavili su da su njihovi istraživači razvili i testirali vlastite prototipove štitnika za lice. Poput dizajna MASKproject-a, i M. I. T.-ov štit se izrađuje na mašini za rezanje kalupa, a zatim se ručno presavija, dok Duke Health koristi traku za glavu s 3-D otiskom.

U svim tim slučajevima, novi se štitovi mogu proizvesti na relativno uobičajenim mašinama - laserski rezači, kalupi i trodimenzionalni štampači nalaze se u mnogim proizvodnim prostorima, laboratorijama i proizvodnim pogonima koji obično ne proizvode medicinsku opremu. Moserov tim želi surađivati s raznim partnerima na proizvodnji njegovih uređaja, kaže on. "Sve od male radnje koja se bavi visokim tiskom - koja izrezuje komade papira u oblicima - do velikih fabrika koje imaju valjkaste rezače koji mogu proizvesti stotine hiljada [štitova] dnevno", dodaje Moser. Uređaji proizvedeni ovim takozvanim modelom distribuirane proizvodnje potom se preusmjeravaju u centralno čvorište za kontrolu kvaliteta i sanitaciju prije nego što se pošalju u bolnice. "Dio ovog projekta, koji je fascinantan, jest da nikada nije bilo ovakve distribuirane proizvodnje", kaže on. „Ova razmjera distribuirane proizvodnje nikada nije urađena. A lanci opskrbe se nevjerovatno brzo rade sa svim tim ljudima.”.

U potrebi za N95-ima

Iako distribuirana proizvodnja ima prednost u brzini, ona zahtijeva opremu za reinženjering tako da se predmeti mogu proizvoditi na mašinama kao što su trodimenzionalni štampači, a ne na specijaliziranim uređajima. I ne zadovoljavaju svi novi dizajni stroge medicinske standarde, što je posebno važno za glavne predmete koji su sada ozbiljno oskudni: respiratore N95. Hirurške maske mogu zaustaviti kapljice, ali virusi se i dalje mogu progurati kroz materijal. Ova je mogućnost zabrinjavajuća kada se zrak napuni virusnim česticama, što se događa kada ljekari ventiliraju teško bolesne pacijente od koronavirusa. Da bi se zaštitili u takvim situacijama, medicinski radnici stavljaju respirator N95. Ove maske dobro se uklapaju u kožu, propuštajući zrak samo kroz gusti filter koji blokira 95 posto vrlo sitnih čestica, a nositeljima i dalje omogućuje disanje bez nepotrebnog napora.

Filter unutar N95 napravljen je od predenog polipropilena, materijala koji trenutno nedostaje. Tako Moser i njegove kolege dizajniraju sličan uređaj koji može koristiti i druge supstance. "Dizajnirali smo i prototipirali i testiramo filtrirano-agnostički štitnik za lice da bi bio alternativa modelu N95", kaže on. Respirator MASKproject sastoji se od 3-D otisnute baze koja se može čvrsto uklopiti u lice. Proizvod ima prednju rešetku koja prisiljava zrak da ulazi kroz hrpu materijala za filtriranje, uključujući visokoefikasne filtre za čestice, koji zadovoljavaju iste specifikacije čestica kao i N95. Dakle, nisu ocjenjeni da se koriste na ovaj način, ali imaju sličnu klasifikaciju - kaže Moser. Njegova grupa trenutno testira uređaje za filtriranje i prozračnost.

Međutim, MASKproject-ov uređaj vjerojatno neće uskočiti kroz sve regulatorne karike koje moraju proći certificirani respiratori N95. "Proizvodi poput respirata N95 prolaze kroz strogi postupak ispitivanja da bi bili kvalificirani na tom nivou", kaže Julie Swann, profesorica industrijskog i sistemskog inženjerstva na Državnom univerzitetu Sjeverne Karoline. Ali trenutna pandemija neće čekati testiranje: Uprava za hranu i lijekove nedavno je najavila da se američke organizacije u hitnim situacijama mogu obratiti zamjenama poput KN95, sličnih zaštitnika koji se koriste u Kini. Moser alternativu svog tima za N95 vidi kao sličnu rezervnu opciju. "MASKproject, ja i korisni inženjeri - ne proizvodimo medicinske uređaje", kaže on. „Izrađujemo proizvode za opću upotrebu koje testiramo prema istim međunarodnim standardima kao i usporedivi uređaji kojih nema dovoljno. Ali oni nisu certificirani, nisu regulirani i nisu namijenjeni medicinskoj upotrebi. " Moser napominje da bolnice mogu zatražiti uređaje MASKproject-a, "ali oni se uopće ne prodaju za medicinsku upotrebu." Uprkos ovoj izjavi o odricanju odgovornosti, kaže, njegov tim traži certifikaciju FDA-e i Nacionalnog instituta za zaštitu na radu pri američkim centrima za kontrolu i prevenciju bolesti.

Redizajn ventilatora

Kao i respiratori N95, ventilatori moraju udovoljavati izuzetno strogim standardima. Kada količina kisika u krvi pacijenata sa COVID-19 padne na opasne razine, ove mašine pokušavaju disati za njih. Ali složeni, skupi uređaji imaju ograničenu ponudu u cijelom svijetu, čak i dok proizvođači povećavaju stopu proizvodnje.

"U Velikoj Britaniji je problem u tome što su naši proizvođači ventilatora fantastični, ali trenutni kapacitet za proizvodnju je oko 2000 godišnje", kaže Mark Thompson, inženjer sa Univerziteta u Oxfordu. Napominje da će zemlji trebati mnogo više mašina od one kako bi podržala procijenjeni broj pacijenata s COVID-19 koji će im trebati u narednim mjesecima. "Jednostavno nije moguće povećati proizvodnju bilo kojeg od naših proizvođača ventilatora", kaže on. "To mora imati potpuno drugačije rješenje.".

Thompson je jedan od nekoliko istraživača koji predvode razvoj zamjene za ventilator za jednokratnu upotrebu nadahnutu postojećim proizvodom: vrećicom za stiskanje koju zdravstveni radnici koriste za ručno upravljanje disanjem pacijenta u hitnim situacijama. Uz opskrbu kisikom i aparatom za automatizaciju procesa istiskivanja i otpuštanja, takav uređaj može pomoći zaraženoj osobi da diše duži vremenski period na način sličan ventilatoru. U ovom slučaju, Thompsonov tim želio je postići taj automatizirani postupak gotovim dijelovima kako bi olakšao proizvodnju uređaja. "U osnovi, ona se vrti oko ove ideje da imamo puno predmeta za jednokratnu upotrebu [koji] su široko dostupni [i koji] su svi dijelovi opreme okrenuti prema pacijentima", kaže on. Nakon vratolomnog dvotjednog razvojnog perioda, Thompson i njegove kolege započeli su testiranje svoje zamjene za ventilator, nazvane OxVent. Trenutno su u drugom krugu testiranja kako bi osigurali odobrenje Regulatorne agencije za lijekove i zdravstvene proizvode, tijela iz Velike Britanije slično FDA-u u SAD-u. Kada programeri dobiju zeleno svjetlo, planiraju imati proizvođača medicinskih uređaja Smith + Nephew proizvedu svoj dizajn otvorenog koda.

OxVent je rano započeo utrku za redizajn ventilatora za bržu proizvodnju, ali nije jedini kandidat. Tri različite grupe fizičara razvile su vlastite prototipove ventilatora za nuždu. I ovog mjeseca CoVent-19 Challenge pokrenuo je otvoreno takmičenje koje poziva na nove dizajne ventilatora. Plan je da će se oni razvijati tokom samo dva mjeseca.

Ovi dizajni neće biti sofisticirani kao obični ventilatori. Na primjer, Thompson primjećuje da će proizvod njegovog tima morati biti odbačen nakon što se koristi na jednom pacijentu. Nedostajaće mu i oprema za nadzor i alarmi koje imaju pun ventilatori. S druge strane, kompanije će moći mnogo brže povećati proizvodnju dizajna ventilatora za nuždu koristeći vrstu distribuirane proizvodnje na koju se Moserov rad također oslanja. "Izazov je [napraviti] dodatni broj od oko 20 000 ventilatora prije vrhunca epidemije", kaže Thompson. „Mislimo da s takvom vrstom distribuiranog sistema imamo šansu da to uspemo.“.

Pročitajte više o epidemiji koronavirusa ovdje.