L'Università del Minnesota e DigiKey hanno progettato velocemente ventilatori polmonari per l'uso contro il COVID-19

L'Università del Minnesota e DigiKey hanno collaborato alla progettazione in tempi brevi di un ventilatore polmonare semplice, che possa essere prodotto e messo a disposizione rapidamente e a basso costo, per soccorrere chi è stato infettato dal nuovo coronavirus. L'iniziativa si aggiunge all'analogo sforzo messo in atto da Dyson, Medtronic, Ford, GE, GM e altri per dare speranza a chi sta combattendo in prima linea nelle strutture mediche di tutto il mondo per curare i propri pazienti.

La realizzazione del ventilatore polmonare da parte dell'Università del Minnesota (Figura 1) e la rapidità con cui il progetto è diventato realtà sono una dimostrazione di ingegno, trasversalità e collaborazione all'interno dell'azienda in tempi di crisi. Questo è solo uno dei tanti contributi. Ed ecco come è iniziato e si è sviluppato.

Figura 1: Il progetto del ventilatore polmonare sviluppato dall'Università del Minnesota in collaborazione con DigiKey è iniziato il 15 marzo. (Immagine per gentile concessione di Aaron Tucker, Università del Minnesota)

Un professore di anestesiologia dell'Università del Minnesota, il dott. Steve Richardson, inizia a creare un ventilatore a basso costo per le emergenze verso il 15 marzo, utilizzando attrezzature e risorse di amici ingegneri biomedici e altre aziende private.

Dopo aver discusso del progetto con un amico ingegnere biomedico, si trasferisce nella sala operativa dell'Università per mettere in pratica alcune idee, facendo riferimento a un manuale degli anni '50 per capire quali tipi di progetti fossero fattibili per realizzare un ventilatore semplice in poco tempo. Gli bastano poche ore per avere un prototipo semplice, ma completamente funzionante e perfettamente adatto allo scopo.

Chiama diverse aziende, presentandosi come anestesista che sta lavorando a un ventilatore polmonare semplice per combattere l'epidemia di COVID-19, e chiede di parlare con il CEO. Riceve aiuti da diverse aziende private per la produzione delle apparecchiature e il know-how ingegneristico.

Se la FDA darà la propria approvazione, Richardson potrà iniziare a breve la produzione su vasta scala; si prevede che verranno realizzati migliaia di ventilatori nel giro di tre settimane. Il costo sarà minimo rispetto a quello di un ventilatore ospedaliero standard.

Ho sentito dire che nessuno vorrebbe essere attaccato a un ventilatore "da poco". Personalmente, se dovessi arrivare a quel punto, preferirei qualcosa di semplice e basico piuttosto di niente.

In realtà, il progetto del dott. Richardson è simile a quello dei ventilatori che vengono utilizzati in molte ambulanze (Figura 2). In questo caso, anziché esserci una persona che aziona manualmente un palloncino per ventilare il paziente e mantenerlo vivo, l'azione è controllata elettronicamente e resa possibile meccanicamente.

Figura 2: Il nuovo ventilatore è simile a quelli manuali normalmente utilizzati nelle ambulanze, ma l'azione di ventilazione è meccanica. (Immagine per gentile concessione di Ambu USA)

Mentre scrivevo questo post, sono riuscito a mettermi in contatto con Aaron Tucker, supervisore di laboratorio e coordinatore dello sviluppo tecnico presso l'Earl E. Bakken Medical Devices Center. Aaron frequenta il Master di Ingegneria meccanica e lavora al programma del dott. Richardson (Figura 3).

Figura 3: Aaron Tucker, supervisore di laboratorio e coordinatore dello sviluppo tecnico con un prototipo del ventilatore (Immagine per gentile concessione di Aaron Tucker, Università del Minnesota)

Aaron Tucker ha gentilmente accettato di rispondere ad alcune domande sul programma, sul coinvolgimento di DigiKey e sui progressi ottenuti:

Steve Taranovich: Che cosa vi ha portati a scegliere DigiKey per i componenti necessari? Sarà l'unico fornitore?

Aaron Tucker: Nelle ultime due settimane abbiamo collaborato con diverse aziende, tra cui DigiKey, Teknic, Protolabs, Electronic Systems Inc., MGC Diagnostics e la UMN Medical School.

Conoscevamo già la capacità di risposta di DigiKey e ci siamo subito trovati bene con Randall Restle. I loro tempi di risposta in queste ultime due settimane sono stati eccezionali. I nostri primi 25 prototipi non esisterebbero senza di loro.

Steve Taranovich: Chi si occuperà del montaggio? E dove verranno montati i ventilatori?

Aaron Tucker: Stiamo collaborando con alcune aziende del settore medicale nel Minnesota per produrre e montare i ventilatori presso le loro sedi.

Steve Taranovich: Quali sono i costi? E chi li sosterrà?

Aaron Tucker: Non conosceremo i costi in modo preciso finché non avremo completato il nostro studio di producibilità.

Steve Taranovich: Quanti ventilatori prevedete di costruire?

Aaron Tucker: Non si conosce ancora la richiesta di questo tipo di ventilatori. Alcune stime parlano di centinaia di migliaia solo negli Stati Uniti. La situazione è in continuo mutamento, al momento pensiamo di fornirne rapidamente alcune migliaia, e a quel punto rivaluteremo la domanda negli Stati Uniti.

Steve Taranovich: Pensate di fornire il progetto ad altri in modo che possano contribuire alla costruzione? Magari ad altre università?

Aaron Tucker: Prevediamo di creare una licenza open-source tramite l'Università del Minnesota. Vogliamo mettere a disposizione un progetto che possa essere realizzato anche con apparecchiature di fascia alta meno costose. Speriamo di riuscire a ottenere un progetto che possa essere prodotto in paesi che non dispongono dei nostri beni strumentali.

Steve Taranovich: Quanto tempo è necessario per completare un'unità in produzione?

Aaron Tucker: Speriamo di avere questi dati entro la prossima settimana.

Steve Taranovich: Chi si occupa dell'ispezione dei prodotti finiti? Come verranno collaudati?

Aaron Tucker: Chi si occuperà della produzione effettuerà anche il collaudo e l'ispezione.

Continuare a creare nuovi progetti per i ventilatori

Figura 4: Kari Jesme, Sales Manager di DigiKey, illustra come i team di vendita, ingegneria, valore aggiunto, distribuzione e applicazione dell'azienda stiano collaborando con l'Università del Minnesota e molti altri per rispondere alla richiesta di ventilatori polmonari in tutto il paese. (Immagine per gentile concessione di DigiKey)

Per DigiKey, la collaborazione fa parte di uno sforzo continuo per sostenere gli operatori sanitari che lavorano in prima linea, sia tramite aiuti diretti nella cittadina di Thief River Falls dove ha sede la società, sia indirettamente tramite forniture di componenti elettronici, hardware e assistenza tecnica al team dell'Università del Minnesota e a chi sta lavorando allo sviluppo di ventilatori.

"DKE si sta adoperando assieme ai nostri clienti, fornitori e al nostro team interno per sostenere il maggior numero di persone possibile", spiega Kari Jesme, Sales Manager di DigiKey per gli Stati Uniti centrali e il Messico (Figura 4).

"Il nostro team di vendita ha lavorato con molti dei nostri clienti che offrono il loro supporto per soddisfare la necessità di ventilatori in tutto il paese, con alcuni che producono normalmente questi dispositivi e con altri, come l'Università del Minnesota, che hanno offerto la propria struttura per sostenere la causa".

Si tratta di un'iniziativa enorme, che riguarda tutta la nostra azienda e ben rappresenta l'onda del cambiamento che sta avvenendo a livello globale. Ad esempio:

• Il reparto valore aggiunto di DigiKey sta producendo cavi assemblati per soddisfare molti ordini del valore di decine di migliaia di euro alla volta.
• Il team di approvvigionamento sta collaborando a stretto contatto con i fornitori per far fronte alla maggiore necessità di componenti e ogni giorno si adopera per aver accesso a un numero sempre maggiore dei componenti più utilizzati in questi dispositivi.
• Il team di ingegneria sta facendo il possibile per aprire diversi canali e sfruttare opportunità per trovare componenti alternativi dove necessario o fornire altre risorse per ottenerli e offrire assistenza con progetti completi.
• Lo stesso team sostiene i clienti offrendo progetti esistenti e nuovi e favorendo una rapida transizione dal progetto alla produzione, anche nell'arco di pochi giorni.

"Questo weekend un cliente aveva bisogno di componenti per realizzare campioni funzionanti di un ventilatore entro oggi", afferma Jesme. "Siamo riusciti a coordinarci con il centro di distribuzione prodotti affinché l'ordine potesse essere ritirato dal cliente ieri. Oggi hanno un campione funzionante. Nella scelta dei componenti sono stati affiancati da un nostro tecnico esperto di applicazioni".

Oltre al cablaggio, questi prodotti hanno bisogno di alimentatori, encoder e connettori.

"Con i nostri componenti, i servizi a valore aggiunto, il rapporto che abbiamo con i fornitori e con i clienti, uniti al nostro fantastico team di distribuzione e al rapporto con i nostri partner della logistica che consegnano componenti essenziali in questo periodo di emergenza, siamo estremamente grati di poter dare il nostro piccolo contributo nella lotta contro la pandemia".

Tra le aziende che stanno lavorando alla fornitura in massa di ventilatori si annovera anche Dyson, azienda di fama mondiale nel settore degli aspirapolveri. Il fondatore, James Dyson, ha ricevuto una chiamata direttamente dal Primo Ministro inglese, Boris Johnson, che gli chiedeva aiuto. In soli dieci giorni, con il suo team ha progettato il CoVent. Tra le altre aziende impegnate nello sviluppo di ventilatori polmonari su scala globale vi sono Medtronic, Ford, GE e GM.

Conclusione

Sono estremamente orgoglioso della creatività e della collaborazione ai progetti offerta da questi medici, ingegneri, tecnici, produttori e distributori, che si sono fatti avanti per dare il loro contributo nell'ambito di una gravissima crisi globale. Il virus non si ferma davanti al budget e non ha confini, ha scompaginato la nostra vita quotidiana e messo in pericolo un numero di vite umane che al momento è impossibile da quantificare. Ha però portato a galla anche la parte migliore di noi, e per questo dobbiamo essere grati.