แฮ็ควิกฤติ: นักเรียนวิศวกรรมฝีมือ DIY เครื่องช่วยหายใจ

มีรายงานว่านครนิวยอร์กเพียงลำพังต้องการเครื่องช่วยหายใจหลายพันเครื่องซึ่งไม่เพียงพอในจำนวนที่เพียงพอ ผู้ผลิตยาได้เพิ่มการผลิต เจนเนอรัลมอเตอร์สที่ดำเนินงานภายใต้พระราชบัญญัติการผลิตป้องกันกล่าวว่าจะส่งมอบ 30, 000 หน่วยภายในเดือนสิงหาคม แม้แต่ บริษัท อย่าง Dyson และ Tesla ก็กำลังกระโดดเข้าสู่การต่อสู้

แต่เครื่องช่วยหายใจที่ใช้ในสหรัฐอเมริกานั้นเป็นเครื่องจักรที่มีความซับซ้อนและได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสูงซึ่งมีราคาตั้งแต่ $ 5, 000 ถึง $ 5 0,000 ต่อเครื่องและพวกเขาต้องการส่วนประกอบพิเศษมากมายจากซัพพลายเออร์หลากหลาย - ผู้ที่อยู่ต่างประเทศมีพนักงานสั้นหรืออยู่ในระหว่างการปิดตัวลง

ในฐานะที่เป็นทางเลือกในทางปฏิบัตินักศึกษาของ Brown School of Engineering ได้สร้างอุปกรณ์พื้นฐานจากชิ้นส่วนนอกชั้นวางที่ให้การระบายอากาศในระดับโรงพยาบาล แต่มีราคาเพียงสองร้อยดอลลาร์

พื้นฐานของเครื่องช่วยหายใจนั้นค่อนข้างง่าย โคโรนาไวรัสสามารถทำให้เกิดการอักเสบในปอดซึ่งบล็อกเยื่อหุ้มเซลล์ที่ถ่ายโอนออกซิเจนจากอากาศเข้าสู่เลือด เครื่องช่วยหายใจข้างเตียงช่วยดันอากาศเข้าไปในปอดเพื่อเปิดขึ้น ผู้ป่วยได้รับออกซิเจนมากขึ้นและมีโอกาสที่จะรักษาเสถียรภาพและฟื้นตัว

เมื่อปีที่แล้วทีมอาวุโสของนักศึกษาวิศวกรรมชีวภาพและวิศวกรรมเครื่องกลที่ทำงานที่ Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) ของ Rice ได้ออกแบบและสร้างอุปกรณ์ที่ประหยัดค่าใช้จ่าย BVM ประกอบด้วยห้องปรับอากาศที่ยืดหยุ่นซึ่งติดอยู่กับหน้ากาก การบีบถุงจะทำให้อากาศผ่านวาล์วทางเดียวและเข้าไปในปอดของผู้ป่วยที่ใส่ท่อช่วยหายใจที่มีปัญหาในการหายใจด้วยตนเอง หน้ากากเหล่านี้ถูกใช้มาเกือบ 70 ปีและโดยทั่วไปแล้วจะมีบุคลากรทางการแพทย์ฉุกเฉิน มากกว่า 100 ล้าน BVMs ผลิตทั่วโลกในแต่ละปี

แต่มาสก์นั้นยากที่จะบีบด้วยมือนานกว่าสองสามนาทีในแต่ละครั้ง ระบบอัตโนมัติสามารถทำงานนี้ได้หลายชั่วโมง นักเรียนใช้มอเตอร์ $ 25 มาตรฐานและไมโครคอนโทรลเลอร์ $ 5 เพื่อให้พลังงานและตั้งโปรแกรมระบบ “ compressor” ของยูนิตนี้เป็นอุปกรณ์แบบแร็คแอนด์พิเนียนที่ทำจาก 3 ชิ้นส่วนพลาสติกที่พิมพ์ด้วย D {มี} ซึ่งมีใบพัดที่ติดอยู่ซึ่งบีบถุงอย่างแน่นหนา พวกเขาคาดหวังว่าอุปกรณ์ดังกล่าวจะมีประโยชน์ในโรงพยาบาลที่มีทรัพยากรต่ำในประเทศกำลังพัฒนาหรือในช่วงภาวะฉุกเฉินเมื่อเครื่องช่วยหายใจแบบพกพาขาดตลาด

ตอนนี้ด้วยวิกฤตการณ์ COVID-19 การร้องขอกำลังหลั่งไหลเข้ามาในมหาวิทยาลัยเพื่อค้นหาแผนสำหรับต้นแบบต้น เจ้าหน้าที่ของ OEDK ของ Rice ได้อัพเกรดต้นแบบของนักเรียนอย่างรวดเร็วให้เป็นหน่วย ApolloBVM ที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นซึ่งออกแบบมาให้เป็นเกรดทางการแพทย์และยังประหยัดพอที่จะนำมาพิจารณาได้

ApolloBVM สร้างขึ้นจากชิ้นส่วน 3 D ที่พิมพ์และตัดด้วยเลเซอร์ แต่ส่วนประกอบส่วนใหญ่สามารถหาได้จากร้านค้าปลีกออนไลน์และร้านฮาร์ดแวร์ ซึ่งรวมถึงมอเตอร์ goBilda จาก Servo City เกียร์และตัวยึดจาก McMaster-Carr และชิ้นส่วนไฟฟ้าจาก Mouser Ambu สร้าง BVM พื้นฐาน และบอร์ด Arduino ซึ่งซื้อจาก Amazon ช่วยอำนวยความสะดวกในการเขียนโปรแกรมที่ช่วยให้ผู้ใช้ปรับอัตราการส่งอากาศสู่ผู้ป่วย

หน่วย BVM อัตโนมัติถูกสร้างขึ้นสำหรับน้อยกว่า $ 250 ซึ่งเป็นต้นทุนที่ต่ำกว่าของเครื่องช่วยหายใจเชิงพาณิชย์ระดับเริ่มต้น

อุปกรณ์รองรับออกซิเจนแบบติดผนังหรือถังผ่านพอร์ตความดันต่ำมาตรฐาน หน้าจอ LCD ช่วยให้ผู้ใช้ตั้งค่าพารามิเตอร์การทำงานและเริ่มหรือหยุดการบีบอัด การควบคุมมีการตั้งค่าสำหรับผู้ใหญ่เด็กและเด็กที่อนุญาตให้อัตราการหายใจ 5 เป็น 30 bpm (เพิ่มขึ้น 1 bpm) ปริมาณจาก 300 ถึง {{6} } ml (เพิ่มขึ้น 50 mL), ความดันบวกที่เปลี่ยนแปลงและการหายใจที่ปรับได้: อัตราส่วนการหายใจ ApolloBVM ประมาณ 14 × 16 × 7 นิ้ว ขนาดและน้ำหนักน้อยกว่า 10 lb ทำให้เหมาะสำหรับใช้บนโต๊ะข้างเตียงแบบพกพา มันขับเคลื่อนโดย 120 Vac ด้วย 0010010 lt; 15 W กำลังดึง

นับตั้งแต่ข้าวประกาศเสร็จสิ้นการสร้างต้นแบบใหม่เมื่อวันที่ 27 ทีมแพทย์วิศวกรผู้ผลิตและผู้ทำเองจากกว่า 50 ประเทศได้ร้องขอข้อมูลเกี่ยวกับโครงการ แผนโอเพนซอร์ซสำหรับ ApolloBVM ได้รับการโพสต์ออนไลน์และให้บริการทั่วโลกได้อย่างอิสระ

กระทรวงกลาโหมเป็นหนึ่งในกลุ่มที่สนใจใน ApolloBVM กองทัพเรือสหรัฐฯได้เชิญสถาบันหลายแห่งเพื่อส่งข้อเสนอในการพัฒนาระบบสนับสนุนการช่วยหายใจด้วยเครื่องจักรกลต้นทุนต่ำที่สามารถผลิตได้อย่างรวดเร็วด้วยทรัพยากรที่มีอยู่อย่างกว้างขวาง “ นี่เป็นเรื่องง่ายเหมือนที่จะทำได้ด้วยชิ้นส่วนที่หาได้ง่าย” แดนนี่แบล็กเกอร์หัวหน้าฝ่ายออกแบบวิศวกรรมของ OEDK กล่าว

ด้วยการแพร่กระจายอย่างต่อเนื่องของ coronavirus และการขาดแคลนเครื่องช่วยหายใจทั่วโลก ApolloBVM สามารถช่วยเหลือผู้ป่วย COVID-19 ที่ป่วยเป็นวิกฤตน้อยลงในขณะที่รอเครื่องช่วยหายใจของโรงพยาบาลมาตรฐาน “ เป้าหมายในทันทีคืออุปกรณ์ที่ทำงานได้ดีพอที่จะทำให้ผู้ป่วยที่ไม่ได้เป็นโรค COVID-19 มีความเสถียรและปลดปล่อยเครื่องช่วยหายใจขนาดใหญ่สำหรับผู้ป่วยที่มีความสำคัญมากขึ้น” Amy Kavalewitz ผู้อำนวยการบริหารของ OEDK กล่าว

“ นี่จะสร้างความแตกต่างในโรงพยาบาลที่ไม่มีลูกหมุนระบายอากาศ” ดร. Rohith Malya ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านเวชศาสตร์ฉุกเฉินที่วิทยาลัยแพทยศาสตร์เบย์เลอร์และที่ปรึกษาทีมวิศวกรรมข้าวกล่าว “ ผู้ที่มีความสัมพันธ์กับโรงงานผลิตที่สามารถผลิตได้อย่างรวดเร็วควรขออนุญาตใช้ FDA ในกรณีฉุกเฉิน เรากำลังทำงานในพื้นที่เพื่อให้งานสำเร็จ”

ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการด้วยปอดเทียมต้นแบบล่าสุดส่งอากาศแบบไม่หยุดพักเป็นเวลา 24 ชั่วโมงจนกว่าอุปกรณ์จะปิด ขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบกับผู้ป่วยมนุษย์โดยร่วมมือกับศูนย์การแพทย์เท็กซัสและทำงานร่วมกับผู้ผลิตที่กำลังมองหาการผลิตอุปกรณ์เกรดโรงพยาบาล