maxon Story

灵感之风吹入医疗技术领域

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为了拯救生命,大学提出倡议,针对低收入国家的具体情况研发并捐赠呼吸机。


现今的特殊情况几乎影响到地球上的每一个人,受影响的程度当然因人而异。然而,在这次不幸的危机中,也产生了许多出人意料的合作关系,浮现出许多美好的新事物。这些美好新事物之一是Project Inspiration,这个想法最初来源于向有迫切需要的人们伸出援助之手的愿望。


Project Inspiration是由荷兰代尔夫特理工大学所提出的一项倡议,旨在向低收入国家捐赠呼吸机。这种呼吸机的设计特点在于,各国能够自行决定是订购还是(局部)复制机器。Project Inspiration的目标是帮助各国解决呼吸设备短缺的问题,在全球范围内提供最基本的医疗保健服务。


2020年3月,代尔夫特理工大学的助理教授、手部和腿部义肢和医疗辅助设备专家Gerwin Smit与他的同事和学生们共同发起Project Inspiration倡议,旨在帮助解决即将到来的危机中预期的呼吸机短缺问题。全球疫情的肆虐为医疗工程师们带来许多额外的挑战,例如中国供应链断裂而导致的供应短缺。除此之外,医疗设备在获得市场准入之前还必须经过一系列的测试。毫无疑问,这当然会花费一定的时间,但是在目前的情势下,最关键的就是时间。在一片混乱当中,Gerwin不禁自问:我们要怎样才能在非常短的时间内做出大量机械式呼吸机、获得认证并证明能安全运行?

“他向博物馆询问是否能借用机器,而且最重要的是,他是否能够把它拆开研究。”

他认为,这样的设计方案在过去应该有证实记录,因此必须以现有设备为基础。此外,设计方案中应该采用易于快速制造的简单零部件。Gerwin仔细研究了呼吸设备的发展历史,发现一种名叫East Radcliffe的呼吸机,这是一款上世纪60到80年代在欧洲常用的机型。另外他还发现,在位于荷兰莱顿的博尔哈夫国家博物馆的大量医疗设备藏品中,就有这种设备。为了分析这台仪器,项目组必须对其进行仔细的观察和研究。Gerwin做出一个非常大胆的决定并致电博物馆。他询问博物馆的管理机构是否能借用这台机器,而且最重要的是,他是否能够把这台机器拆开研究。起初,博物馆方对于这个极其大胆的问题大为震惊。毕竟在通常情况下,就算是触摸机器,工作人员也必须事先戴上白手套。然而,考虑到当前极不寻常的局势以及助人为乐的崇高事业,馆方在经过深思熟虑之后最终同意了他的请求。


Gerwin和几名同事从博物馆中借出呼吸机,并小心地将其运送到团队的工作场所;之后,他们在一个周末拆开了呼吸机。他们仔细研究和分析了呼吸机的设计和基本原理,并在一周后设计出第一台原型机。原本的呼吸机中采用一台Parvalux电机提供驱动力,并配备一个自行车轮毂和自行车齿轮用于速度控制。在经过一番调查研究之后,他们惊喜地发现Parvalux 这家公司仍活跃在市场中并且发展稳定,这是一家在设计和制造分马力齿轮减速电机解决方案方面拥有70多年经验的可靠公司。这无疑是一个令人喜出望外的消息,因为最初的呼吸机可以追溯到上世纪60年代。团队联系到Parvalux公司的Lee Weston,请求他协助选择合适的电机,而Parvalux公司在接到请求后,也快速挑选并寄回一些样品。最后,团队选择了PM11-S电机,一款永磁有刷DC电机。它采用弹簧加载方式,因此运行特别安静,并且起动转矩可高达满负载的三倍。它配备可调节的电刷摇杆,可实现出色的换向以及最长的电刷使用寿命,这对于依赖呼吸机存活的人们无比重要。


团队最初的想法是制造一种机械式模拟机器,电机是这台机器中唯一的电气部件。机器会使用模拟压力计和肺活量计来测量压力和潮气量。由于原始机器型号主要是机械模拟式,因此在机器停止工作时,它不会发出警告。对整个方案的重新考虑使得设计发生转变,因为团队认为,在机器中添加一套能在数值异常时发出警报的系统应该是个好主意。他们联系了Interay Solutions b.v.公司,这家公司在电子装置方面为团队提供许多宝贵的建议。


在最终的原型机中,团队选择了maxon的电子速度控制器ESCON 50/5,这是一种小尺寸、强大的四象限PWM伺服控制器。通过这台控制器,呼吸机就能完全进行无级调速。


在完成最终原型机之后,团队需要扩大产量方面的协助。为此,他们与合作伙伴公司Apparatenfabriek ARA b.v.公司取得联系,这家公司是Interay Solutions b.v.公司的关联企业。ARA专为原始设备制造商生产机电一体化系统,总部位于荷兰阿尔滕。他们非常愿意自己生产这些设备并热情地提供支持。在公共和私人集资的帮助下,团队筹集了足够的资金来推进这个项目。


之后不久,Project Inspiration项目的第一批呼吸机已捐赠并运送到危地马拉、巴拿马和坦桑尼亚地区。整台设备采用模块式设计,各国可以根据自己的资源情况自行决定是订购呼吸机还是自行生产设备。Project Inspiration与全世界分享他们所获得的知识,并在网站上开源提供Project Inspiration的所有蓝图。另一个Project Inspiration的附加价值典范是危地马拉,那里成立了一个团队,并将在当地制造设备。只有包含Parvalux电机和maxon控制器的报警和监控系统等电子装置,才是由荷兰提供的。在证明这个方案可行之后,在Project Inspiration的协助下,危地马拉正在计划制造多达300台呼吸机。

更多信息: Project Inspiration
MP Rutte credit N. Palli CUTTED

荷兰首相Mark Rutte于2020年4月15日拜访Project Inspiration。

作者: maxon HQ