Na Politechnice Krakowskiej powstał prototyp respiratora

 

Do stworzenia konstrukcji wykorzystano standardowe podzespoły, które są dopuszczone do użytku medycznego oraz części własnego projektu inżynierów z PK, m.in. wydrukowane na drukarkach 3D. To połączenie gwarantuje szybkość i niski koszt produkcji całej konstrukcji, a może także znacząco skrócić drogę do jej certyfikacji urządzenia.

 

Pierwszy prototyp z podgrzewaniem i nawilżaniem powietrza

 

Inspiracją do podjęcia prac były dla naukowców z Wydziału Mechanicznego Politechniki Krakowskiej głosy medyków o brakach sprzętowych  w szpitalach, płynące z krajów objętych epidemią koronawirusa (m.in. z Włoch i Hiszpanii). Prace nad respiratorem zaczęły dwie grupy naukowców. Wytycznych i danych na temat elementów stosowanych w komercyjnych respiratorach dostarczyli inżynierom z PK pracownicy Działu Aparatury Naukowo-Medycznej Uniwersyteckiego Szpitala Dziecięcego w Krakowie. 

 

Pierwszym efektem prac jest zaprezentowany właśnie prototyp respiratora, którego projektantem i głównym konstruktorem jest Damian Brewczyński z Laboratorium Badań Technoklimatycznych i Maszyn Roboczych PK.  Konstrukcja składa się m.in. z płyty głównej, sterującej wszystkimi podzespołami, regulowanego układu mechanicznego, uciskającego ręczny resuscytator lub miech, wyświetlacza wraz z fizycznymi przyciskami, umożliwiającego lekarzowi łatwą obsługę (nawet w podwójnych rękawiczkach) oraz zasilacza (220V AC i 12V DC). 

 

– Na wejściu do układu znajduje się przestrzeń, w której powietrze jest mieszane z tlenem pobieranym z instalacji szpitala lub z butli. Na wyjściu znajduje się zawór PEEP, utrzymujący w układzie lekkie nadciśnienie, aby w płucach pacjenta w każdej fazie pracy respiratora pozostawała pewna ilość powietrza oraz filtr chroniący personel medyczny przed skażonym powietrzem, wydychanym przez chorego – mówi Damian Brewczyński. – W konstrukcji uwzględniliśmy także sterowaną płytę grzejną z pojemnikiem, w którym podgrzewana jest woda destylowana, służąca do nawilżania powietrza wdychanego przez pacjenta. To konieczne, bo np. pacjent z COVID 19, jeśli wymaga zaintubowania, jest zazwyczaj podłączony do respiratora nawet przez kilkanaście dni. Podawanie suchego i niepodgrzewanego powietrza może go ratować awaryjnie zaledwie przez kilkadziesiąt minut, potem uszkadzałoby pęcherzyki płucne pacjenta. W naszym rozwiązaniu jest też wariant użycia urządzenia dla wsparcia oddechowego pacjenta bez intubacji – w tej opcji można założyć choremu maskę do oddychania – tłumaczy konstruktor.

 

 

Druk 3D w służbie medycynie

 

Do zbudowania prototypu respiratora zostały wykorzystane gotowe podzespoły, dopuszczone już do użytku medycznego, natomiast pozostałe elementy wydrukowano w najpopularniejszej technologii druku 3D – FDM/FFF. Łącznie powstało tak 35 różnych elementów respiratora, precyzyjnie zaprojektowanych dla tej konstrukcji. Zgodnie z pomysłem naukowców Politechniki, powietrze trafiające do płuc pacjenta porusza się tylko wewnątrz elementów standardowych, tych z certyfikatem medycznym. To m.in. odróżnia  politechniczny respirator od innych, nad którymi pracują teraz różne polskie zespoły inżynierów. – Dzięki temu mieszanka powietrzna podawana pacjentowi nie ma kontaktu z elementami wykonanymi z materiałów nieatestowanych. To powinno się przyczynić do szybszego uzyskania certyfikatu dla takiego sprzętu – wyjaśnia Damian Brewczyński. 

 

Dzięki dwóm typom zasilania respirator może pracować w formie stacjonarnej (przez podłączenie do sieci elektrycznej), jak i mobilnej – dzięki zasilaniu z baterii 12V  (gdy pacjenta trzeba np. przewieźć między salami układ przełączany jest w tryb oszczędny i zasilany z akumulatora, co pozwala na nieustanną pracę do 50 minut). Z kolei dzięki modułowej konstrukcji model można wykorzystywać jako platformę testową dla innych elementów tłoczących powietrze, takich jak miechy, siłowniki pneumatyczne czy proste cylindry z tłokami.