Açık Kaynak Ventilatör Tasarım Örnekleri

Giriş

COVID-19 salgını ile mücadelede eksikliğinin hissedilebileceği öngörülen tıbbî malzemelerden biriside kuşkusuz solunum cihazlarıdır. Umarız hiçbir zaman bu tarz çözümlere ihtiyacımız olmaz. Ancak ileride ne olacağını bilmiyoruz ve hazırlıklı olmakta fayda görüyoruz.

Hatırlayacağınız üzere daha önceki yazımızda örnek bir ventilatör tasarımını sizlerle paylaşmıştık. Bu yazımızdaki amaç ise ventilatörlerin sadece tek bir tasarım şeklinin olmadığını ve birçok tasarımcının ortaya koyduğu farklı ventilatör tasarımlarını sizlerle paylaşmaktır.

Unutulmamalıdır ki açık kaynak bir şekilde üretilen ventilatörler kesinlikle gerçek bir solunum cihazının yerini tutmaz. Açık kaynak ventilatörleri ancak ve ancak son çare olarak, gerçek solunum cihazı sayısının yeterli olmadığı durumlarda hastada son umut olarak kullanılacak şekilde düşünebilirsiniz.

Aşağıda sıralanmış ventilatörlerin genel çalışma mantıkları şu şekildedir;

• Ambu balonunu sıkıştırıp gevşeten bir kol veya düzenek,
• Bu kolun hareket edilmesini sağlayan bir motor,
• Motorun açı ve hız kontrolünü yapmaya imkân sağlayan mikro denetleyici kontrollü motor sürücü devresi.

Evet şu zamana kadar yaptığımız araştırmalar neticesinde açık kaynak ventilatörlerin bu üç ana bölümden oluştuğunu söyleyebiliriz. Birbirlerinden farklarını ise gelin aşağıdaki videoları izleyerek hep birlikte inceleyelim…

Ventilatör Tasarım Örneği-1 : MIT E-Vent

Örneklere yaptığımız araştırmaları içinde en beğendiğim proje olan MIT E-Vent (for emergencty ventilator) projesinden bahsetmek istiyorum.

2010 yılında MIT Üniversitesi’ndeki birkaç öğrenci düşük maliyetli mekanik ventilatörün tasarımı ve prototipi üzerinde çalışıyorlar. Bu konuda yaptıkları tasarımları ve testlerini açıkladıkları bir makale de yayınlıyorlar. Makaleye buradan ulaşabilirsiniz. Fakat konu daha ileri gitmiyor. Günümüzde koronavirüs salgını ortaya çıkınca, on yıl önce grupta bulunan kişiler tekrar bir araya getiriliyor ve 12 Mart’ta MIT E-Vent adında bir ekip kuruluyor. Bu ekip daha önceki çalışmaları hızla geliştirip yeni bir ventilatör tasarımı hazırlamayı başarıyorlar.

2010 yılında geliştirilen modelin 100$’lık bir maliyetinin olduğunu söylüyorlar. Fakat günümüzde, değişen fiyatlardan dolayı geliştirilen modelin 400$ – 500$ aralığında olduğunu söylüyorlar.

Ekibin amacı tasarımları için FDA onayı almak. Bunun içinde tasarımlarını iyileştirmeye devam ediyorlar. Ayrıntılar için MIT E-Vent web sitesini ziyaret edebilirsiniz.

Ventilatör Tasarım Örneği-2 : Rıce Üniversitesi Öğrencileri

Rice Üniversite’sindeki öğrencilerden oluşan bir grup, ventilasyon işlemi manuel olarak yapıldığında çok yorucu olduğu probleminden yola çıkarak bu sistemi otomatikleştiren bir sistem geliştirmişler.

Yukarıdaki videonun yayınlanma tarihine bakarsanız şaşırabilirsiniz. Bu tarihte koronavirüs salgını ortada yoktu. Yani demek istediğim, manuel ventilasyon işlemi her zaman için bir problemdi. Hayati tehlikesi bulunan hastalara manuel ventilasyon işlemi uygulanırken kişi yorulabiliyor ve verimli bir şekilde bu işlemi gerçekleştiremiyordu.

Günümüzde de sağlık çalışanları bir hastanın başında sürekli duramayacağı için otomatik ventilasyon yapan bu tip makineler önem arz ediyor. Belki de ilerleyen süreçte bu tasarımlar, ucuz maliyetlerinin getirdiği avantajla da FDA onayı vs. gibi gerekli tıbbî onayları aldıktan sonra sağlık kuruluşlarında kalıcı olarak kullanılabilir hale gelir.

Ventilatör Tasarım Örneği-3 : OEDK

Bu tasarımda, Rice Üniversi’nde bulunan OEDK (Oshman Engineering Design Kitchen) merkezi içinde kurulan bir ekibe ait.

Burada tercih edilen motor tipi step motor olmuş. Step motorlar bildiğiniz üzere üç boyutlu yazıcılarda da daha hassas açı ayarı yapılabildiği için tercih edilen motor tipleridir. Her motorda olduğu gibi bu motorlarda ısınabilmektedir. (Videoda da göreceğiniz üzere motorların sıcaklıklarının durumunu öğrenmek için termal kamera ile izliyorlar.) Bu nedenle bu motorların doğru bir şekilde kontrol edilmeleri önemlidir.

Ekibe ait diğer tasarımlara buradan ulaşabilirsiniz.

Ventilatör Tasarım Örneği-4 : AIR – Automatic Inhalation Resuscitator

Bu tasarımda ise önceki tasarımdan farklı olarak servo motor tercih edilmiş. Servo motorlar, step motorlardan farklı olarak sadece 0-180 derece aralığındaki açı değerlerinde dönüş yapabilirler. Bu motorların miline(dönen uç) uygulanabilecek maksimum yük miktarına dikkat edilmelidir.

Bu tasarımı bir önceki tasarımdan farklı kılan bir diğer özellik ise ambu balonunu sıkıştıran düzeneğin tek bir koldan oluşuyor olmasıdır. Bu kol ile servo motor arasındaki bağlantı bir ip ile yapılmış. İp ne kadar dayanıklı tercih edilirse edilsin bu tip bir cihazda bence kesinlikle kullanılmamalıdır. Bu açıdan bu tasarım diğerlerine göre biraz narin göründü benim gözüme.

Tasarımda servo motorun yanı sıra yazının başında da belirttiğim gibi motorun açı ve hız ayarını yapan bir kontrol sistemi de mevcut. Bu sistem açık kaynak ventilatörde olmazsa olmaz bir kısımdır. Açı ve yön kontrolünün manuel olarak yapılmasının yanında hazır modlarda sisteme eklenmiş.

Ventilatör Tasarım Örneği-5 : Alex Gradea

Step motor kullanılarak hazırlanmış bu modeli görünce aklıma direkt üç boyutlu yazıcıların mekanik tasarımı geldi. Ayrıca bu tasarımda motor sürücü devresini ve mikrodenetleyiciyi (Arduino) rahatlıkla görebiliyorsunuz.

Ambu balonunu sıkıştıran kolları üç boyutlu yazıcıdan üretmiş. Dikkat ederseniz kollar içer doğru bükülmüş şekilde tasarlanmış. Bu tasarım, ambu balonunun daha verimli bir şekilde sıkıştırılması adına güzel olabilir.

Ventilatör Tasarım Örneği-6 : V Yuvalı Ventilatör

Bu zamana kadar gördüğüm en küçük modellerden birisi. Ayrıca bu ventilatör, tasarım mantığı açısından da diğerlerinden farklılaşıyor. Videoda parçaların nasıl birleştirildiğini görebilirsiniz. Tasarımcı parçaları dxf formatında paylaşmış. Buradan ulaşabilirsiniz.

Sonuç

Yazının başında da bahsettiğim gibi bu listedeki hiçbir cihaz şu an tıbbî bir onay almış durumda değil. Yani direkt olarak sağlık kuruluşlarında hastada uygulanabilecek durumda değiller. Ancak ve ancak solunum cihazlarının yetersiz olduğu durumlarda son çare olarak düşünülmüştür.

Manuel ventilasyon işlemini kolaylaştırmak adına geliştirilen bu tasarımlar sadece bu kadar değil. Yeri geldikçe bu listeye yeni tasarımları ekleyeceğiz. Eğer sizinde bulduğunuz ventilatör tasarımları varsa bizimle paylaşmaktan lütfen çekinmeyin. Sizinde yapacağınız katkılarla birçok tasarım, bu yazı vasıtasıyla toplumumuza ilham kaynağı olabilir.