Упрощенный вентилятор, разработанный сообществом физиков элементарных частиц, получает одобрение FDA
                Физики и инженеры из девяти стран помогли создать механический вентилятор Milano, который был одобрен для использования Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США. Кредит: сотрудничество MVM

Чуть более месяца команда физиков и инженеров со всего мира приняла концепцию упрощенной конструкции вентилятора от концепции до одобрения Управления по контролю за продуктами и лекарствами США. Эта важная веха означает, что аппарат ИВЛ безопасен для использования в Соединенных Штатах в соответствии с разрешением FDA на использование в чрезвычайных ситуациях, что помогает поддерживать здоровье населения во время кризиса.
                                                                                       

Механический вентилятор Милан, или MVM, является детищем физика Криштиану Гальбиати. Научный институт Гран Сассо и профессор Принстонского университета, который обычно проводит эксперимент с темной материей в Италии под названием DarkSide-20k, оказались в тюрьме в Милане, городе, сильно пострадавшем от COVID-19. Услышав сообщения о нехватке вентиляторов и желая помочь, Гальбиати обратился к коллегам-исследователям с просьбой разработать вентилятор с минимальными компонентами, которые можно было бы быстро изготовить, используя общедоступные детали.

«Чувство кризиса было ощутимым, и я знал, что наличие вентиляторов имеет решающее значение», — сказал Гальбиати, который получил докторскую степень в Миланском университете. «Мы занимались некоторыми сложными физическими проектами, которые требовали работы с газами, и я подумал, что наш долг — найти способ доставить кислород в легкие пациентов».

Слухи быстро распространились, и инженеры и физики из девяти стран, особенно из Италии, Соединенных Штатов и Канады, присоединились к ним, чтобы помочь. В Fermilab Министерства энергетики США исследователи, которые обычно проводят свои дни, строя и эксплуатируя чувствительные детекторы, быстро применяли свои навыки и добровольно предлагали свое время для создания устройства для чувствительных легких.

«Мы получили огромное преимущество от того, как работает сотрудничество в области физики элементарных частиц», — сказал Стив Брайс, глава отделения Ferrilab по нейтрино. «Уже существующая структура имеет большие международные междисциплинарные группы. Мы можем переопределить эту структуру, чтобы работать над чем-то другим, и вы сможете двигаться намного быстрее».

MVM вдохновлен вентилятором Manley, построенным в 1960-х годах. Конструкция проста, недорога, компактна и требует только сжатого кислорода (или медицинского воздуха) и источника электроэнергии для работы. Современный поворот исходит от электроники и системы управления.

«Мы концентрируемся на программном обеспечении и позволяем аппаратным средствам быть минимально возможными», — сказал Стивен Пордес, член DarkSide и ученый из Fermilab, работающий в CERN для работы над прототипом детектора для Deep Underground Neutrino. Эксперимент, известный как ДЮНА. Он добровольно вызвался координировать некоторые усилия MVM вместе с Кэри Кендзиорой из отдела физики частиц Фермилаба. «Этот проект развивался органично. Люди видят место, где есть необходимость, и они сами проявляют инициативу, чтобы помочь им в этом».


            Упрощенный вентилятор, разработанный сообществом физиков элементарных частиц, получает одобрение FDA
                MVM находится в процессе сборки. Кредит: сотрудничество MVM

И добровольцы внедрились с широким спектром навыков. Технический редактор Fermilab Энн Хиви (Anne Heavey) присоединилась к работе над документацией и руководством пользователя, изменив форматирование недавно опубликованного Отчета о техническом проектировании для DUNE. Елена Грамеллини, итальянский физик нейтрино, работающий в Fermilab, поддерживает связь с врачами на передовой в Италии. Джен Рааф, физик нейтрино, работающий над экспериментами с жидким аргоном, работал с производителем медицинского оборудования Elemaster и возглавил усилия по объединению всех элементов, необходимых для одобрения FDA.

«Мне хотелось почувствовать, что я делаю что-то полезное», — сказал Рааф. «Очень приятно видеть, что человечество делает хорошие вещи для других людей».

Проект не был ограничен исследователями. Работая с прототипами, команда постаралась привлечь врачей, производителей медицинского оборудования и регулирующих органов, чтобы убедиться, что они делают что-то полезное для больниц, создавая что-то с надежной цепочкой поставок, которую можно было бы быстро изготовить, и создавая вентилятор в соответствии с нужными характеристиками.

«Одной из ключевых проблем был перевод между тем, что машина технически делает, и тем, как операторы будут взаимодействовать с самой машиной», — сказал Грамеллини. «С моей стороны было многому научиться смотреть на аппарат искусственной вентиляции легких, как врач будет управлять машиной».

Эксперты из промышленности и медицины сделали себя легко доступными для консультаций; врачи протестировали прототипы MVM на тренажерах для дыхания. В основе всех долгих дополнительных часов и стресса интенсивного проекта было чувство срочности и мотивации для всех участников.

«Я никогда не видел, чтобы что-нибудь сошлось на такой скорости», — сказал Хиви. «Это просто феноменально».

Соучастники распространились по 10 различным часовым поясам, поэтому работа над различными системами могла продолжаться практически круглосуточно, что позволило MVM перейти от публикации препринтовой бумаги 23 марта к утверждению FDA 1 мая.

Упрощенный вентилятор, разработанный сообществом физиков элементарных частиц, получает одобрение FDA
                Схема механического вентилятора Милан. Кредит: сотрудничество MVM

«В нашей ДНК сотрудничать через границы и в режиме реального времени как физики элементарных частиц», — сказал Гальбиати. «По мере того как границы расширялись, а цепочки поставок становились все труднее, для меня оставалось маяком надежды на сотрудничество на международном уровне. Важно видеть, что, хотя вирус распространяется по всему миру со скоростью реактивных самолетов, исследование Распространение со скоростью Интернета. И если есть один способ, которым вирус будет побежден, это — то, если исследование может преобладать. «

В то время как физики привыкли сотрудничать на расстоянии, в то время как телеработа и социальное дистанцирование добавили новую складку. Работая из дома, исследователи не имели доступа ко всем инструментам, которые будут у них в лаборатории, или ко всем частям, которые им необходимы для тестирования в одном месте. Вместо этого они подключили различные компоненты через Интернет. Таким образом, микроконтроллер в Италии может подключиться и получить программное обеспечение, написанное в Соединенных Штатах, а затем попросить кого-нибудь протестировать интерфейс на сенсорном экране в Канаде.

«Если бы вы спросили меня до всего этого, возможно ли это, я бы ответил» нет «, это заняло бы месяцы», — сказал Марко Дель Тутто, физик нейтрино в Fermilab, который работал над программным обеспечением и микроконтроллерами вместе с Scientific Computing Подразделение Геннадий Луханин. «Я никогда не делал ничего подобного раньше, и мы не были уверены, что у нас получится. Но мы все согласились, что должны хотя бы попробовать. Мы в долгу перед всеми».

К началу апреля завершенные прототипы блоков MVM во временных трехмерных кейсах проходили строгие испытания в Италии и с коллегами по всему миру — и они работали. Эрик Даль, ученый из Fermilab и Северо-западного университета, смог использовать имитатор дыхания в Northwestern Simulation (клиническом учебном центре при Школе медицины им. Файнберга), чтобы протестировать один из первых прототипов и предоставить информацию на пути к утвержденному дизайну. MVM теперь работает правильно в двух режимах: полная вентиляция пациента и поддержка дыхания.

«Эти усилия являются демонстрацией того, что сообщество физиков элементарных частиц уделяет внимание применению фундаментальных исследований для социальных нужд», — сказал Фернандо Феррони, профессор Научного института Гран Сассо и бывший президент INFN, Национального института ядерной физики Италии. , «Применение усилий сотен людей очень эффективным способом стало возможным благодаря уровню организации и общему видению этого сообщества. Это действительно потрясающий результат».

Конечным результатом является вентилятор с открытым исходным кодом с готовыми деталями, которые, как надеется команда MVM, сократят разрыв между спросом и предложением в короткие сроки. Проекты аппаратного и программного обеспечения будут общедоступны, поэтому в принципе любой человек в мире может создать свою собственную версию. Сейчас Galbiati работает с Elemaster и другими производителями над первым массовым производством и доставляет вентиляторы туда, где они больше всего нужны.

«Было замечательно работать с такой высококвалифицированной и очень мотивированной группой ученых и инженеров», — сказал Арт Макдональд, лауреат Нобелевской премии и глава канадского отделения MVM. «Все усердно работали над этим, потому что они видят в этом способ использовать свои навыки, чтобы помочь в этом всемирном кризисе. Мы очень благодарны за вклад членов нашей команды и за всю внешнюю поддержку, которую мы получили . «/р>




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *