Eine massive internationale team unter der Leitung von Princeton Cristian Galbiati gearbeitet, um zu entwickeln, zu testen und finalisieren den Mechanischen Ventilator Milano (MVM), eine low-cost-ventilator entwickelt, um einfache Geräte-Knappheit, verursacht durch COVID-19. Mit FDA-Zulassung gesichert, die Produktion hat begonnen und die ersten 20 Ventilatoren sind bereits auf dem Weg zu den Krankenhäusern. Die volle Produktion beginnt nächste Woche, mit einem erwarteten anfänglichen Herstellungs-rate von 50 Ventilatoren pro Tag.
Dieser ventilator ist die Idee von Galbiati, Physik-professor an der Princeton University, die in der Regel führt ein dunkle-Materie-experiment namens DarkSide-20k. Wenn unter Sperrung in Mailand, einer Stadt, die hart von COVID-19, Galbiati gehört, ventilator Mangel und wollte helfen.
„Der Sinn der Krise war spürbar“, sagte Galbiati. „Es war klar, dass viele Patienten bräuchten Beatmung.“
Er streckte die Hand aus, um Kolleginnen und DarkSide-20k Forscher entwickeln ein ventilator mit minimalen Komponenten, die schnell produziert Verwendung von allgemein verfügbaren Teile. Dunkle-Materie-Forscher haben umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung und Verwendung anspruchsvoller gas-handling-Systeme und komplexe Steuerungssysteme, die gleichen Fähigkeiten erforderlich, eine mechanische Lüftung.
„Princeton, sofern eine starke Unterstützung für über 15 Jahre für die DarkSide-Projekt, das zielt auf die Entdeckung der dunklen Materie mit einem argon-basierten Detektor,“ sagte Galbiati. „Zu diesem Zweck haben wir zu bewältigen hatte, einzigartigen Herausforderungen, wie die Entwicklung von speziellen Techniken zu extrahieren isotopically erschöpft argon vom Mantel Gasquellen und der Entwicklung von kryogenen Destillation Spalten von mehreren hundert Metern Höhe zur weiteren Reinigung des argon. All dies wäre nicht möglich gewesen ohne Princeton unterstützen. Unsere wissenschaftliche Zusammenarbeit ist gewachsen und umfasst fast 400 Wissenschaftler aus 100 Einrichtungen, darunter auch viele talentierte Forscher mit hoher Kompetenz und know-how auf dem Gebiet der technischen Gase. Wenn der moment kam, waren wir bereit, pivot unsere Aufmerksamkeit auf das problem der Entwicklung von mechanischen Ventilatoren zu setzen und zu verwenden, und in diesem Zusammenhang die kollektiven Talente und Zusammenarbeit.“
Wort verbreitete sich schnell, mit Ingenieuren und Physikern, die in neun Ländern—insbesondere Italien, den Vereinigten Staaten und Kanada—zu springen, um zu helfen. Experten, die in der Regel verbringen Ihre Tage Aufbau und Betrieb von empfindlichen Detektoren schnell angewendet, Ihre Fähigkeiten und freiwillig Ihre Zeit, um zu bauen ein Gerät für die empfindlichen Lungen.
„Es ist ein großer Vorteil, den wir gewonnen haben aus der Art und Weise der Teilchenphysik Kooperationen zu arbeiten“, sagte Steve Brice, der Leiter des neutrino-division am Fermi National Accelerator Laboratory. „Die Struktur, die bereits große, internationale, interdisziplinäre Gruppen. Können wir re-Aufgabe, die Struktur der Arbeit auf etwas anderes, und Sie bewegen sich viel schneller.“
Die MVM ist inspiriert von der Manley-Beatmungsgerät in den 1960er Jahren gebaut. Das design ist einfach, Billig, kompakt und benötigt nur Druckluft Sauerstoff (oder medizinische Luft) und eine Quelle der elektrischen Energie zu laufen. Mojtaba „Moji“ Safabakhsh, Leiter der Fertigung-Gruppe an der Princeton Plasma Physics Laboratory, war Teil der ersten Mannschaft zu arbeiten, an sieben Tagen in der Woche auf das design. Ein Maschinenbau-Ingenieur, bietet er know-how in die Gestaltung verschiedener Aspekte des Geräts. Design-Variablen sind Volumen-und Druckregelung—zum Beispiel, wenn das system nimmt über die Atmung für den Patienten, welche Art von Ventil zu haben, wie die Stromversorgung funktioniert und der software-Komponenten.
„Wir hatten, um zu sehen, welche Teile zur Verfügung standen, über die Lieferkette, was hardware, die wir bekommen konnten, und ich gab Ihnen meine expertise zur Verfügung, wie diese funktionieren könnte,“ Safabakhsh sagte. Das design musste einfach sein, und verwenden Sie leicht verfügbaren Teile.
Die moderne Wendung zu den klassischen Manley design stammt aus der Elektronik und der Steuerung. „Wir konzentrieren uns auf die software und lassen Sie die hardware so minimal, wie es sein kann,“ sagte Stephen Pordes, ein Mitglied der DarkSide stationiert am CERN, der europäischen Organisation für Nukleare Forschung.
Das Projekt beschränkt sich nicht nur auf dunkle-Materie-Forscher. Während der Arbeit durch den Prototypen arbeitete das team mit ärzten, medizinischen Geräteherstellern und Regulierungsbehörden, um sicherzustellen, dass Sie wurden, dass Sie etwas wertvolles und einfach zu bedienen, für medizinisches Personal, mit einer robusten supply chain, und die könnte sich schnell produziert.
Experten aus Industrie und Medizin aus, die sich zur Verfügung stellen sollten; ärzte testeten die MVM-Prototypen auf dem anspruchsvollen Atmung Simulatoren. Anästhesisten aus der COVID-19 Gemeinden in der Lombardei, einer der Bezirke die meisten stärksten von der Pandemie, spielte eine Besondere Rolle bei der Bereitstellung von detaillierten Anleitungen für die Gestaltung der Einheit. Mit Mitarbeiter verteilen sich auf 10 verschiedene Zeit-Zonen, die Arbeit auf verschiedene Systeme war in der Lage zu gehen, beinahe rund um die Uhr, so dass MVM Fortschritt von der Buchung ein preprint-Papier am März 23, um die FDA-Zulassung am 1.Mai.
„Es ist in unserer DNA und Zusammenarbeit über die Grenzen hinweg und in Echtzeit, wie die Teilchenphysiker,“ Galbiati sagte. „Als Grenzen ging und supply chains immer schwieriger wurde, blieb es ein Leuchtfeuer der Hoffnung für mich in der Lage sein zu kooperieren International. Es ist wichtig zu sehen, dass, während das virus breitet sich auf der ganzen Welt mit der Geschwindigkeit des jets, der Forschung breitet sich mit der Geschwindigkeit des internet. Und wenn es eine Möglichkeit, dass der virus besiegt wird, ist es, wenn die Forschung sich durchsetzen kann.“
Während Physiker, die verwendet werden, um die Zusammenarbeit aus der Ferne, Telearbeit und social distancing neue Komplikationen. Forscher arbeiten von zu Hause nicht haben, Zugang zu Ihren Laboratorien—oder alle Teile, die Sie benötigt, um zu testen. Stattdessen, Sie verbanden die verschiedenen Komponenten über das internet. Also einen mikrocontroller in Italien verbinden konnten und erhalten die software in den Vereinigten Staaten geschrieben, dann jemanden haben, testen Sie die Schnittstelle auf einem touch-screen in Kanada.
Von Anfang April abgeschlossen Prototyp MVM Einheiten in temporären 3-D-gedruckten Fälle wurden, die Ihren Weg durch strenge tests in Italien und mit Kollegen rund um die Welt—und Sie funktionierte.
„Dieser Aufwand ist der Nachweis, dass die Teilchenphysik-community achtet auf die Anwendung der Grundlagenforschung für soziale Bedürfnisse“, sagte Fernando Ferroni, professor an der Gran Sasso Science Institute und ehemaliger Präsident des INFN, Italien das Nationale Institut für Kernphysik. „Dem auftragen der Anstrengungen von Hunderten von Menschen in einer sehr effizienten Art wurde möglich, weil die Ebene der Organisation und der gemeinsamen vision dieser Gemeinschaft. Es ist ein erstaunliches Ergebnis, in der Tat.“
Das Ergebnis ist ein open-source-ventilator mit off-the-shelf Teile, dass die MVM-team hofft, die Lücke zwischen Angebot und Nachfrage auf einer kurzen Zeitskala. Die hardware-und software-Entwürfe werden der öffentlichkeit zugänglich gemacht werden, so dass im Prinzip jeder in der Welt machen könnte, Ihre eigene version. Der modulare Aufbau kann auch angepasst werden, um die swap-Teile, basierend auf Ihrer Verfügbarkeit in den verschiedenen Regionen der Welt. Neben der MVM ist speziell auf COVID-19-Patienten, bietet zwei wesentliche Modi—volle Belüftung und sanfter Atmung—Unterstützung-verfügbar am Knopfdruck. Die meisten traditionellen Ventilatoren benötigen drücken ein halbes Dutzend Tasten oder Umschalten zwischen den verschiedenen Betriebsarten zu erreichen, die gleiche Sache. Galbiati hat nun zusammen mit Elemaster und andere Hersteller auf die Herstellung von Ventilatoren und bekommen Sie, wo Sie am meisten gebraucht werden.
„Es war wunderbar, mit zu arbeiten so eine hoch qualifizierte und sehr motivierte Gruppe von Wissenschaftlern und Ingenieuren“, sagte Arthur McDonald, der 2015 Nobelpreisträger in der Physik und der Leiter des Canada ‚ s Engagement in MVM, lehrte an der Princeton in den 1980er Jahren. „Jeder hat hart gearbeitet, auf diese, weil Sie sehen es als eine Möglichkeit, die Sie nutzen können, Ihre Fähigkeiten zu helfen, in dieser weltweiten Krise. Wir sind sehr dankbar für die Beiträge unserer team-Mitglieder und für alle, die externe Unterstützung, die wir erhalten haben.“