Tartalomjegyzék:

A Mérnökök Barkácsolási Megoldásokat Kínálnak A Koronavírus-berendezések Hiányára
A Mérnökök Barkácsolási Megoldásokat Kínálnak A Koronavírus-berendezések Hiányára
Videó: A Mérnökök Barkácsolási Megoldásokat Kínálnak A Koronavírus-berendezések Hiányára
Videó: сварочный робот рука и робот для захвата и размещения | конкурировать с ABB Fanuc Yaskawa Kuka и т. д. | как выбрать робота 2023, Február
Anonim

Ahogy a kórházak védőfelszerelést és lélegeztetőgépet kérnek, néhány ember kreatívan közelíti meg a problémát.

A mérnökök barkácsolási megoldásokat kínálnak a koronavírus-berendezések hiányára
A mérnökök barkácsolási megoldásokat kínálnak a koronavírus-berendezések hiányára

A világnak égető szüksége van védőfelszerelésre az egészségügyi dolgozók biztonságának megőrzéséhez, valamint a súlyos beteg COVID-19 betegek légzéséhez szükséges lélegeztetőgépekkel. A mérsékelten megnövekedett kereslet és az elakadt ellátási láncok ellenében a mérnökök áttervezik a berendezéseket, így azokat speciális gyárakon kívül lehet előállítani.

Saad Bhamla, a georgiai technológiai intézet biomérnöke szerint az akadémiai intézmények kutatói a független gyártó mozgalom szellemére támaszkodnak. "Kihasználjuk ezt az egész létező közösséget" - mondja, megjegyezve, hogy sok városban vannak klubok a barkácsolás rajongóinak. Az ilyen személyek gyakran önként töltik be idejüket a gyártási laboratóriumokban és a készítő helyeken. Most a COVID-19 járvány egyedülálló problémát vet fel számukra. "Az embereknek fegyveres felhívásuk van" - mondja Bhamla -, és megragadják kreatív és problémamegoldó képességeiket."

A „csináld magad” megközelítés leginkább az arcmaszkok esetében nyilvánvaló: a hobbisták olyan terveket és utasításokat osztanak meg, amelyek lehetővé teszik az amatőrök számára, hogy maguk varrják meg a mosható burkolataikat. Vannak, akik ezeket a maszkokat kórházaknak adományozzák, bár orvosi körülmények között az ilyen nem hivatalos felszerelés csak végső megoldásként szolgálhat. Korábbi kutatások kimutatták, hogy bár a házi készítésű arcvédelem csökkentheti a mikrobák terjedését, kevésbé hatékonyak, mint a professzionálisan előállított műtéti maszkok. Ez az eltérés részben annak köszönhető, hogy a műtéti maszkok olyan anyagokból készülnek, amelyek jobban képesek megállítani a vírust hordozó cseppeket, amelyek az emberek tüsszentéskor és köhögéskor szóródnak ki, mint a szövetek, például a pamut, amelyet sok házi készítésű változatban használnak. Ahelyett, hogy magánszemélyek hozzájárulására támaszkodnának, egyes kórházak orvosi minőségű anyagokat küldenek a legkülönfélébb ruhagyártóknak, Christian Siriano divattervezőtől az ohiói amish közösségig, akik megkezdték az áthatolhatatlanabb maszkok és köntösök tömeges gyártását.

De a maszkok csak egyike annak az egyéni védőeszköznek, amelyre az egészségügyi dolgozóknak szüksége van, és nem igényelnek újratervezést a varrógépek tömeges gyártásához. Olyan felszerelések, mint az arcvédők átlátszó műanyag lepedői, amelyeket viselőik a homlokukhoz kötnek, hogy további gátat képezzenek a cseppek ellen - ez egy másik történet. A MacGyver ilyen eszközt műanyag és cipzáras kötésekből vagy gumiszalagokból készíthet, de a folyamat és az eredmények túl időigényesek és rosszul illenek a tömeggyártáshoz. Ehelyett a mérnökök többféle módszert találtak ki az arcvédők készítésére, amelyeket a 3D-s nyomtatók és a lézervágók ki tudnak törni.

Arcvédelem

Bhamla az egyik első csapat tagja, aki barkácsolási megközelítést alkalmaz a koronavírus-berendezésekkel kapcsolatban, amelyet a Slack üzleti kommunikációs platform koordinál. Amikor Nicholas Moser először csatlakozott a Helpful Engineering nevű csoporthoz, azt mondja, hogy nagyjából 300 résztvevője volt. Mivel a fókusz a koronavírus elleni küzdelemre fordult, a tagság ezerszámra emelkedett az írás idején. Moser, aki projektmenedzseri tapasztalattal rendelkezik, a védőfelszerelések fejlesztését célzó MASKproject alcsoport vezetője lett. A MASKproject gyorsan megkezdte két arcvédő finomítását, végül egy origami stílusú dizájnra összpontosított. Bármely kereskedelmi szerszámvágó, lézervágó vagy vízsugár feldarabolhatja a nyílt forrású kivitelt egy lapos műanyag lapból, amelyet ezután kézzel hajtogat a megfelelő háromdimenziós alakúra.

Moser szerint csapata arcvédője már öt kórházba kerül, köztük New Orleans-ban, Massachusetts-ben és Kaliforniában, heti 10 000-es ütemben. Más szervezetek követték: mind a Massachusettsi Műszaki Intézet, mind a Duke University Health System bejelentette, hogy kutatóik kidolgozták és tesztelték saját arcvédő prototípusaikat. A MASKproject tervéhez hasonlóan az M.I.T. pajzsát sajtológépen állítják elő, majd kézzel hajtják össze, míg a Duke Health's 3D-nyomtatott fejpántot használ.

Mindezekben az esetekben az új pajzsok viszonylag elterjedt gépeken állíthatók elő - lézervágók, szerszámvágók és 3-D nyomtatók sok gyártóhelyen, laboratóriumban és gyártóüzemben találhatók, amelyek általában nem gyártanak orvosi felszerelést. Moser csapata különféle partnerekkel akar együttműködni készülékeinek gyártásában - mondja. "Minden egy kisbolttól, amely magasnyomást végez, amely formadarabokat vág ki a papírformáktól, egészen a nagy gyárakig, amelyek görgős marókkal rendelkeznek, amelyek naponta több százezer [pajzsot] képesek előállítani" - teszi hozzá Moser. Az úgynevezett elosztott gyártási modell által kiküszöbölt eszközök ezután egy központi központba áramlanak a minőség-ellenőrzés és a fertőtlenítés érdekében, mielőtt kórházakba szállítanák őket. "A projekt lenyűgöző része, hogy soha nem volt ilyen elosztott gyártás" - mondja. „Az elosztott gyártás ilyen mértékű még soha nem történt meg. És az ellátási láncok elképesztően gyorsan dolgoznak ki, mindezekkel az emberekkel.”

Szükség van N95-re

Bár az elosztott gyártás előnye a gyorsaság, újratervező berendezéseket igényel, hogy az elemeket olyan gépekkel, mint például 3D-s nyomtatók készítsék elő, nem pedig speciális eszközök. És nem minden új formatervezés felel meg a szigorú orvosi előírásoknak, amelyek különösen fontosak a jelenleg komolyan szűkös fő cikkeknél: az N95 légzőkészülékek. A műtéti maszkok megállíthatják a cseppeket, de a vírusok mégis át tudnak préselődni az anyagon. Ez a lehetőség aggodalomra ad okot, ha a levegő vírusrészecskékkel töltődik meg, ami akkor történik, amikor az orvosok súlyos beteg koronavírusos betegeket szellőztetnek. Hogy megvédjék magukat ilyen helyzetekben, az egészségügyi szakemberek nem adnak N95 légzőkészüléket. Ezek a maszkok szorosan illeszkednek a bőrhöz, csak egy sűrű szűrőn keresztül engedik be a levegőt, amely blokkolja a nagyon apró részecskék 95 százalékát, miközben a viselőknek továbbra is indokolatlan erőfeszítések nélkül képesek lélegezni.

Az N95 szűrő fonott polipropilénből készül, amely anyag jelenleg hiánycikk. Tehát Moser és kollégái hasonló eszközt terveznek, amely más anyagokat is felhasználhat. "Terveztünk és prototípusokat készítettünk, és tesztelünk egy szűrő-agnosztikus arcvédőt az N95 helyett" - mondja. A MASKproject légzőkészülék egy 3D nyomtatású alapból áll, amely szorosan illeszkedik az archoz. A terméknek van egy elülső rostélya, amely a levegőt egy szűrőanyag-halmazon keresztül kényszeríti, beleértve a nagy hatásfokú részecske-légszűrőket is, amelyek „megfelelnek az N95 részecske specifikációinak. Tehát nincsenek besorolva az ilyen használatuk miatt, de hasonló besorolásuk van”- mondja Moser. Csoportja jelenleg a szűrést és a légáteresztést vizsgálja.

A MASKproject készüléke azonban valószínűleg nem fogja átugrani az összes szabályozási karikát, amelyen a tanúsított N95 légzőkészüléknek át kell haladnia. "Az olyan termékek, mint az N95 légzőkészülékek, szigorú tesztelési folyamaton mennek keresztül, hogy ezen a szinten minősüljenek" - mondja Julie Swann, az észak-karolinai Állami Egyetem ipari és rendszermérnöki professzora. De a jelenlegi járvány nem várja meg a tesztelést: az Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal nemrégiben jelentette be, hogy vészhelyzetekben az amerikai szervezetek olyan helyettesítőkhöz fordulhatnak, mint a KN95-ek, a Kínában használt összehasonlítható védők. Moser hasonló mentési lehetőségként látja csapata N95-ös alternatíváját. "A MASKproject, jómagam és a segítõ mérnökök - nem orvostechnikai eszközöket gyártunk" - mondja. „Általános felhasználású termékeket készítünk, amelyeket ugyanolyan nemzetközi szabványok szerint tesztelünk, mint az összehasonlítható eszközök, amelyekből hiány van. De nem rendelkeznek tanúsítvánnyal, nincsenek szabályozva, és nem orvosi felhasználásra szánják őket. " Moser megjegyzi, hogy a kórházak kérhetik a MASKproject eszközeit, „de egyáltalán nem forgalmazzák őket orvosi célokra”. A felelősség kizárása ellenére azt mondja, hogy csapata az FDA és az Egyesült Államok Munkahelyi Biztonsági és Egészségvédelmi Intézetének tanúsítását követeli az Egyesült Államok Betegségmegelőzési és Megelőzési Központjában.

Ventilátor újratervezése

Az N95 légzőkészülékekhez hasonlóan a ventilátoroknak is rendkívül szigorú előírásoknak kell megfelelniük. Amikor a COVID-19 betegek vérében az oxigén mennyisége veszélyes szintre csökken, ezek a gépek megpróbálnak lélegezni értük. De az összetett, drága eszközök korlátozott kínálatban vannak az egész világon, még akkor is, ha a gyártók növelik a gyártási arányukat.

"Az Egyesült Királyságban az a kérdés, hogy a ventilátorgyártóink fantasztikusak, de a jelenlegi gyártási kapacitás évente körülbelül 2 000" - mondja Mark Thompson, az Oxfordi Egyetem mérnöke. Megjegyzi, hogy az országnak ennél sokkal több gépre lesz szüksége ahhoz, hogy támogassa a következő hónapokban szükséges COVID-19 betegek becsült számát. "Egyszerűen nem lehet méretezni a ventilátorgyártók egyikének termelését" - mondja. "Teljesen más megoldásnak kell lennie."

Thompson egyike azon számos kutatónak, akik egy már meglévő termék ihlette egyszer használatos lélegeztetőgép-helyettesítő fejlesztését irányítják: a szorítózsákot, amelyet az egészségügyi dolgozók vészhelyzetekben manuálisan irányítják a beteg légzéséhez. Az oxigénellátással és a kinyomó-felszabadító folyamat automatizálására szolgáló berendezéssel egy ilyen eszköz segíthet a fertőzöttnek hosszabb ideig lélegezni a szellőzőhöz hasonló módon. Ebben az esetben Thompson csapata azt az automatizált folyamatot akarta elérni a polcon kívüli alkatrészekkel, hogy megkönnyítse az eszköz gyártását. "Lényegében ez az ötlet jár körül, hogy rengeteg egyszer használatos cikk legyen [amelyek] széles körben elérhetők [és amelyek] mind a beteg számára néző felszerelések" - mondja. A kéthetes fejlesztési periódus után Thompson és kollégái elkezdték tesztelni a lélegeztetőgép helyettesítőjét, az OxVent nevet. És jelenleg a tesztek második fordulójában vannak, hogy megszerezzék az Egyesült Államok FDA-jához hasonló brit testület, a Medicines and Healthcare Products Regulatory Agency jóváhagyását. Amint a fejlesztők zöld utat kapnak, Smith + Nephew orvostechnikai eszközök gyártóját tervezik. elkészítik nyílt forráskódú terveiket.

Az OxVent egy korai belépő volt a ventilátorok újratervezésének versenyében a gyorsabb gyártás érdekében, de nem ez az egyetlen versenyző. Három különböző fizikuscsoport dolgozta ki a saját vészhelyzeti ventilátor prototípusait. Ebben a hónapban pedig a CoVent-19 Challenge nyílt versenyt indított, amely új lélegeztetőgép-terveket hirdetett meg. A terv az, hogy ezeket csak két hónap alatt fejlesztik ki.

Ezek a kialakítások nem lesznek olyan kifinomultak, mint a szokásos szellőzők. Például Thompson megjegyzi, hogy csapata termékét el kell dobni, miután azt egyetlen betegen használták fel. Hiányoznak azok a felügyeleti berendezések és riasztók is, amelyek a teljes körű ventilátorokkal rendelkeznek. Másrészt a vállalatok sokkal gyorsabban képesek lesznek növelni a vészhelyzeti lélegeztetőgépek gyártásának gyártását az elosztott gyártás olyan típusának felhasználásával, amelyre Moser munkája is támaszkodik. "A kihívás az, hogy további 20 000 lélegeztetőgépet készítsünk a járvány csúcsa előtt" - mondja Thompson. "Úgy gondoljuk, hogy egy ilyen elosztott rendszerrel esélyünk van arra, hogy ezt sikerüljön megvalósítani."

A koronavírus kitöréséről itt olvashat bővebben.

A téma által népszerű