Hack The Crisis: Estudantes de engenharia criam ventilador DIY

Só a cidade de Nova York precisa de milhares de máquinas respiratórias, que não estão prontamente disponíveis em número suficiente. Os fabricantes médicos aumentaram a produção. A General Motors, que opera sob a Lei de Produção de Defesa, disse que entregará 30.000 unidades até agosto. Até empresas como Dyson e Tesla estão entrando na briga.

Mas os ventiladores usados nos EUA são máquinas sofisticadas e altamente projetadas que custam de US$ 5.000 a US$ 50.000 cada, e precisam de muitos componentes especializados de uma ampla gama de fornecedores - muitos dos quais são offshore, com pessoal curto ou atualmente sob bloqueio.

Como uma alternativa pragmática, os alunos da Escola De Engenharia Brown da Universidade Rice criaram um dispositivo básico a partir de peças fora da prateleira que fornece ventilação hospitalar, mas só custa algumas centenas de dólares.

Os fundamentos dos ventiladores são bem simples. O coronavírus pode causar inflamação nos pulmões, que bloqueia membranas que transferem oxigênio do ar para o sangue. Ventiladores de cabeceira ajudam a empurrar o ar para os pulmões para abri-los. O paciente recebe mais oxigênio e tem a oportunidade de estabilizar e se recuperar.

No ano passado, uma equipe sênior de estudantes de engenharia bioe mecânica que trabalham na Rice's Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) projetou e construiu um dispositivo econômico que automatiza a compressão de máscaras de válvula seletivamanual. Um BVM consiste em uma câmara de ar flexível que está presa a uma máscara facial. Espremer o saco força o ar através de uma válvula unidirecional e para os pulmões de pacientes entubados com dificuldade para respirar por conta própria. Essas máscaras são usadas há quase 70 anos e normalmente são transportadas por pessoal médico de emergência. Mais de 100 milhões de BVMs são fabricados em todo o mundo a cada ano.

Mas máscaras são difíceis de apertar à mão por mais de alguns minutos de cada vez. O sistema automatizado pode executar essa tarefa por horas. Os alunos usaram um motor padrão de $25 e um microcontrolador de $5 para alimentar e programar o sistema. O "compressor" da unidade é um dispositivo de rack e pinhão feito principalmente de peças plásticas impressas em 3D com pás anexadas que apertam o saco ciclicamente. Eles anteciparam que o dispositivo seria útil em hospitais de baixo supérfluo em países em desenvolvimento, ou durante emergências quando os ventiladores portáteis estão em falta.

Agora, com a crise do COVID-19 em fúria, os pedidos estão chegando à universidade em busca de planos para o protótipo inicial. A equipe da Rice's OEDK rapidamente atualizou o protótipo do aluno para uma unidade ApolloBVM mais robusta projetada para ser de nível médico, e também econômica o suficiente para ser considerada descartável.

O ApolloBVM é construído de algumas partes impressas em 3D e cortadas a laser, mas a maioria dos componentes são facilmente obtidos através de varejistas online e lojas de hardware. Isso inclui motores goBilda da Servo City, engrenagens e fixadores da McMaster-Carr, e peças elétricas da Mouser. Ambu faz o BVM básico. E uma placa arduino, comprada na Amazon, facilita a programação que permite aos usuários ajustar a taxa de entrega de ar aos pacientes.

A unidade BVM automatizada foi construída por menos de US$ 250, um custo significativamente menor do que o mesmo de ventiladores comerciais de entrada.

O dispositivo acomoda oxigênio à base de parede ou tanque através de uma porta de adinga padrão de baixa pressão. Um visor LCD permite que os usuários definam os parâmetros operacionais e iniciem ou interrompam a compressão. Os controles possuem configurações adultas, infantis e pediátricas que atualmente permitem taxas respiratórias de 5 a 30 bpm (em incrementos de 1 bpm), volumes de 300 a 650 ml (em incrementos de 50 mL), pressão positiva variável e razões inspiratórias ajustáveis:expiratórias. O ApolloBVM tem aproximadamente 14 × 16 × 7 pol. em tamanho e pesa menos de 10 lb, tornando-o adequado para uso em uma mesa de cabeceira portátil. É alimentado por 120 Vac com<15 w="" power="">

Desde que Rice anunciou a conclusão de um novo protótipo em 27 de março, centenas de médicos, engenheiros, fabricantes e pessoas de mais de 50 países solicitaram informações sobre o projeto. Os planos de código aberto para o ApolloBVM foram publicados online e estão disponíveis gratuitamente em todo o mundo.

O Departamento de Defesa é um dos grupos interessados na ApolloBVM. A Marinha dos EUA convidou várias instituições a apresentar propostas para desenvolver um sistema de suporte de ventilação mecânica de baixo custo que pode ser rapidamente produzido com recursos amplamente disponíveis. "Isso é o mais simples possível, com todas as peças prontamente disponíveis", disse Danny Blacker, supervisor de design de engenharia da OEDK.

Com a propagação contínua de coronavírus e uma iminente escassez de ventiladores em todo o mundo, o ApolloBVM poderia ajudar os pacientes covid-19 que estão menos críticos enquanto aguardam a disponibilidade de um ventilador hospitalar padrão. "O objetivo imediato é um dispositivo que funcione bem o suficiente para manter os pacientes COVID-19 não críticos estáveis e liberte ventiladores maiores para pacientes mais críticos", disse Amy Kavalewitz, diretora executiva da OEDK.

"Isso vai fazer a diferença nos hospitais que ficam sem ventiladores", disse o Dr. Rohith Malya, professor assistente de medicina de emergência na Baylor College of Medicine e conselheiro da equipe de engenharia rice. "Aqueles que têm relações com uma instalação de produção que possa produzi-los rapidamente devem buscar autorização de uso emergencial da FDA. Estamos trabalhando localmente para conseguir isso."

Em testes de laboratório com pulmão artificial, o último protótipo forneceu ar sem parar por 24 horas, até que o dispositivo foi desligado. Os próximos passos são testar com pacientes humanos em parceria com o Texas Medical Center, e trabalhar com fabricantes que buscam aumentar a produção de um dispositivo de nível hospitalar.