Hack the Crisis: Engineering Students Craft DIY Ventilator

Að sögn New York-borgar þarfnast að sögn þúsundir öndunarvéla sem eru ekki aðgengilegar í nægilegu magni. Læknisframleiðendur hafa aukið framleiðslu. General Motors, sem starfar samkvæmt lögum um varnarframleiðslu, sagði að það muni skila 30, 000 einingum í ágúst. Jafnvel fyrirtæki eins og Dyson og Tesla eru að stökkva í flotið.

En öndunarvélar sem notaðar eru í Bandaríkjunum eru háþróaðar, mjög vélbúnar vélar sem kosta frá $ 5, 000 til $ 5 0,000 hvor, og þær þurfa mikið af sérhæfðum íhlutum frá ýmsum birgjum - margir af hverjir eru erlendis, stuttir starfsmenn eða eru í lokun.

Sem raunsæjar valkostir bjuggu nemendur við Brown School of Engineering í Rice University til grunnbúnað úr hlutum sem ekki eru á hillunni sem veitir loftræstingu á sjúkrahúsi en kostar samt aðeins nokkur hundruð dollara.

Grundvallaratriði öndunarvélar eru frekar einföld. Coronavirus getur valdið bólgu í lungunum sem hindrar himnur sem flytja súrefni úr loftinu í blóðið. Loftræstir í rúminu hjálpa til við að þrýsta lofti í lungun til að opna þær. Sjúklingurinn fær meira súrefni og hefur tækifæri til að koma á stöðugleika og ná sér.

Á síðasta ári hannaði eldri teymi líftækni- og vélaverkfræðinema sem starfa við Oshman Engineering Design Kitchen (Rice) og smíðaði hagkvæm tæki sem gera sjálfvirkan samþjöppun handvirka lokamaskana. BVM samanstendur af sveigjanlegu lofthólfi sem er fest við andlitsgrímu. Með því að kreista pokann neyðir loftið í gegnum einstefnuloki og í lungu sjúklinga sem eru á brjósti, sem eiga erfitt með að anda á eigin spýtur. Þessar grímur hafa verið notaðar í næstum 70 ár og eru venjulega fluttar af neyðarlæknum. Meira en 100 milljónir BVM eru framleiddar um allan heim á hverju ári.

En það er erfitt að kreista grímur með höndunum í meira en nokkrar mínútur í einu. Sjálfvirka kerfið getur sinnt þessu verkefni klukkustundum saman. Nemendurnir notuðu venjulegan $ 25 mótor og $ 5 örstýringu til að knýja og forrita kerfið. „Þjöppu“ einingarinnar er rekki og festingartæki sem er aðallega úr 3 D-prentuðum plasthlutum með áfastum spaða sem þrýsta á pokann með hjólreiðum. Þeir bjuggust við því að tækið myndi nýtast á sjúkrahúsum með litla auðlind í þróunarlöndunum eða við neyðartilvik þegar lausir loftræstir eru í skorti.

Nú þegar COVID-19 kreppan geisar streymast beiðnir inn í háskólann og leita áætlana um frumgerðina snemma. Starfsfólk OEDK hjá Rice uppfærði fljótt frumgerð nemandans í öflugri ApolloBVM einingu sem er hönnuð til að vera læknisfræðileg og svo hagkvæm að vera talin einnota.

ApolloBVM er smíðað af nokkrum 3 D-prentuðum og laserskurðum hlutum, en flestir íhlutir eru aðgengilegir í gegnum smásöluverslanir og járnvöruverslunir. Það felur í sér goBilda mótora frá Servo City, gíra og festingar frá McMaster-Carr og rafmagnshlutum frá Mouser. Ambu gerir grunn BVM. Og Arduino borð, keypt af Amazon, auðveldar forritun sem gerir notendum kleift að aðlaga hraða flutninga á lofti til sjúklinga.

Sjálfvirka BVM einingin var smíðuð fyrir minna en $ 250, kostnaður sem er verulega lægri en fyrir jafnvel inngangsstig í andrúmslofti.

Tækið rúmar súrefni sem byggir á vegg eða tanki í gegnum venjulega lágþrýstingsinntakshöfn. LCD skjár gerir notendum kleift að stilla rekstrarbreytur og hefja eða stöðva samþjöppun. Stýringar hafa stillingar fyrir fullorðna, börn og börn sem nú leyfa öndunarhraða 5 til 30 slappm.stopp (í 1 stigum á mínútu á mínútu), rúmmál frá 300 til {{6} } ml (í 50 ml þrepum), breytilegur jákvæður þrýstingur og stillanleg hvetjandi: öndunarhlutfall. ApolloBVM er um það bil 14 × 16 × 7 in. að stærð og vegur minna en 10 lb, sem gerir það hentugt til notkunar á færanlegt náttborð. Það er knúið af 120 Vac með< 15="" w="" máttur="">

Síðan Rice tilkynnti liðinu að nýrri frumgerð væri lokið þann 27 mars, hafa hundruð lækna, verkfræðinga, framleiðenda og gera-það-sjálfur frá fleiri en 50 löndum beðið um upplýsingar um verkefnið. Opna uppspretta áætlana fyrir ApolloBVM hefur verið birt á netinu og eru aðgengileg allan heim.

Varnarmálaráðuneytið er einn af þeim hópum sem hafa áhuga á ApolloBVM. Bandaríski sjóherinn bauð nokkrum stofnunum að leggja fram tillögur um að þróa ódýran, vélrænan loftræstingarkerfi sem hægt er að framleiða hratt með víðtækum úrræðum. „Þetta er eins einfalt og það er hægt, með öllum hlutum sem eru aðgengilegir,“ sagði Danny Blacker, yfirmaður verkfræðishönnuðar OEDK.

Með áframhaldandi útbreiðslu kransæðaveiru og yfirvofandi skorti á öndunarvélum um allan heim gæti ApolloBVM hjálpað COVID-19 sjúklingum sem eru minna veikir meðan þeir bíða framboðs á venjulegu öndunarvél á sjúkrahúsi. „Skjótasta markmiðið er tæki sem virkar nægilega vel til að halda óeðlilegum COVID-19 sjúklingum stöðugum og losa um stærri loftræstitæki fyrir mikilvægari sjúklinga,“ sagði Amy Kavalewitz, framkvæmdastjóri OEDK.

„Þetta mun gera gæfumuninn á sjúkrahúsum sem eru ekki í öndunarvélum,“ sagði Dr. Rohith Malya, lektor í bráðalækningum við læknisfræði Baylor College og ráðgjafi verkfræðideymisins Rice. „Þeir sem eru í sambandi við framleiðslustöð sem geta fljótt framleitt þau ættu að leita eftir neyðarleyfi FDA. Við erum að vinna á staðnum til að gera það. “

Í rannsóknarstofuprófum með gervi lungum skilaði nýjasta frumgerðin lofti án stöðvunar í 24 klukkustundir þar til slökkt var á tækinu. Næstu skref eru að prófa mennskra sjúklinga í samvinnu við Texas Medical Center og vinna með framleiðendum sem reyna að bæta upp framleiðslu á tækjum á sjúkrahúsi.