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martes , agosto 4 2020
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La creatividad en la ingeniería surgida de la crisis de la COVID-19

No hay nada como la adversidad para impulsar el ingenio e inspirar la innovación. Este hecho quedó demostrado recientemente durante el rescate en la cueva tailandesa de Tham Luang en el 2018 y el accidente minero de Copiapó, en Chile, en el 2010. Quienes aportan experiencia y competencia en ingeniería se convierten en el centro de atención, poniendo de relieve el potencial para salvar vidas del colectivo de ingenieros. Cuando la enfermedad del coronavirus (COVID-19) pasó de ser un brote aislado a una pandemia, pronto se manifestaron las deficiencias en la capacidad de la sociedad para afrontar los desafíos asociados. Los servicios sanitarios de los países más avanzados se han visto empujados a sus límites, suscitando preocupación por la capacidad de los países menos afortunados para lidiar con las inevitables consecuencias. Desde marzo de 2020 han cobrado protagonismo rápidamente dos áreas de demanda: la necesidad de equipamiento de ventilación y la extraordinariamente alta demanda de equipos de protección individual (EPI). Los colectivos de ingenieros de todo el mundo han hecho frente a los desafíos de la COVID-19 innovando con nuevas herramientas y tecnologías para prestar asistencia, y su repercusión ha sido impresionante.

Combatir las carencias con la técnica de impresión

El término EPI ha quedado grabado en el subconsciente general a través de las noticias en los medios de comunicación que hacían hincapié en la falta de batas, mascarillas respiratorias y viseras. A pesar de que existen EPI reutilizables, el mayor desafío reside en la gran demanda de artículos de un solo uso. Por ejemplo, la escasez de mascarillas N95 se debe en parte a la necesidad adicional de los trabajadores en primera línea no sanitarios, agravada por la apremiante demanda de la población general. La comunidad de fabricantes ha respondido con rapidez de diversas maneras. Gracias a la presencia de las impresoras 3D y al software de diseño disponible gratuitamente se han compartido cientos de diseños para visores y respiradores en todo el mundo. Esta consideración es increíble, pues hace tan solo una década, este modelo de producción en masa colectiva no existía. Con espacios de producción repartidos por todo el mundo, muchos tienen acceso a múltiples impresoras 3D capaces de producir cientos de unidades al día. Con el potencial que esto supone para nuestros colectivos, el siguiente reto es conectarlo con la demanda.

Los hospitales y residencias se verán desbordados si reciben decenas de llamadas diarias de fabricantes preguntando si pueden ayudar. Grupos como NYCMakesPPE han llenado este vacío actuando como intermediarios, coordinando pedidos de profesionales de la salud en la ciudad de Nueva York, sus colectivos de fabricantes y productores individuales. También han compartido diseños para protectores faciales impresos en 3D y mascarillas de tela que cubren las necesidades del personal sanitario. Los respiradores suponen un reto diferente, pues necesitan cumplir con normas de seguridad aprobadas para uso clínico. Los Institutos Nacionales de la Salud de EE.UU. han proporcionado un diseño de mascarilla con filtro recambiable, pero se requiere una impresora Multi-Jet Fusion (MJF) o de sinterizado selectivo por láser (SLS) y una planta de producción con certificado ISO 13485.

Ingeniería inversa y colaboración

En muchos países han surgido colaboraciones entre empresas y organizaciones no sanitarias que ofrecen soluciones rápidas y eficientes para a ayudar a cubrir la demanda de equipamiento. No obstante, teniendo en cuenta la seguridad del paciente, lo mejor es empezar con un diseño que no solo haya demostrado su eficacia, sino que además esté clínicamente aprobado. Con este planteamiento, el equipo de Fórmula 1 de Mercedes ha desarrollado mediante ingeniería inversa un dispositivo de presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP) libre de patente. Este dispositivo no invasivo proporciona al paciente una mezcla de aire y oxígeno a una presión más elevada de lo normal. El resultado es que el paciente puede respirar con más facilidad. El primer dispositivo se fabricó a las 100 horas y la planta de Brixworth, Reino Unido, comenzó a adaptar toda su capacidad para la producción en masa poco después. Esta modificación de un diseño existente recibió una rápida aprobación reglamentaria por parte de la agencia MHRA (Medicines and Healthcare products Regulatory Agency). Esto no solo ha supuesto un alivio para los servicios sanitarios en el Reino Unido, además el dispositivo utiliza un 70% menos de oxígeno que su predecesor y su diseño está disponible gratuitamente para que cualquiera pueda fabricarlo. Para casos de problemas respiratorios graves se necesita una forma de ventilación más invasiva que requiere intubación. Tres empresas del Reino Unido, TTP, Dyson y JCB, respondieron conjuntamente al aumento de la demanda de más ventiladores para adultos realizada por el gobierno.

El CoVent se concibió como un diseño de montaje en cama, equipado con reserva de batería y destinado al uso en hospitales convencionales o de campaña. Mientras que el diseño básico parece proceder de TTP, la solución fue utilizar la tecnología digital de motores de alta eficiencia de Dyson y la planta de producción de JCB para fabricar la carcasa de acero necesaria. Al reducirse la presión de los servicios sanitarios en el Reino Unido, se retiraron los contratos de los dispositivos. Si hubiera llegado a buen término, hubiera supuesto un logro extraordinario en ingeniería colaborativa entre empresas radicalmente distintas. Es reconfortante saber que, si el Reino Unido necesitara este equipamiento en un futuro, ahora existe esta posibilidad.

La fuerza y el poder de los colectivos

Lamentablemente, ha habido varios brotes de afecciones respiratorias en los últimos años, y la COVID-19 no será la última. Con precios que ascienden a miles de dólares estadounidenses para los ventiladores portátiles y a alrededor de 30000 dolares para los ventiladores para hospitales, es evidente que no todas las naciones pueden permitirse la inversión necesaria en un equipamiento cuyo uso principal es la intervención médica de último recurso. Makespace Madrid, en España, es un fabricante que ha asumido el reto de producir un ventilador de bajo coste. En lugar de empezar desde cero, Javier Fernández y un equipo de otras 7 personas comenzaron a desarrollar un proyecto de ventilador ya iniciado en la prestigiosa universidad técnica MIT. El desencadenante de este diseño fue la pandemia de gripe A (H1N1) de 2009, también conocida como la gripe porcina, que se propagó por todo el mundo y en la que algunos pacientes recibieron tratamiento por síndrome de distrés respiratorio agudo (SDRA). El principio de diseño básico era mecanizar los dispositivos de ventilación con bolsaválvula- mascarilla (BVM) accionados habitualmente a mano. No obstante, una vez en contacto con profesionales médicos, sus esfuerzos se concentraron en una propuesta de diseño que sencillamente utiliza una válvula de solenoide neumática y una válvula de manguito, como reveló un médico en un foro de fabricantes españoles. La pandemia actual ha provocado escasez de válvulas de uso médico a nivel mundial, lo que obligó al equipo a desarrollar la suya propia. Al haberse visto también afectadas las cadenas de suministro, el equipo también tuvo dificultades para conseguir los sensores de flujo y otros componentes. Ante esta situación, el equipo local de atención al cliente de Mouser fue capaz de intervenir y proporcionar los componentes necesarios de forma gratuita para dar apoyo a este grupo de ingenieros innovadores. El objetivo final de Javier y su equipo es desarrollar un diseño abierto de ventilador mínimamente viable que pueda contribuir a las necesidades sanitarias de quienes sufren la COVID-19. Al mismo tiempo, gracias a la metódica toma de notas en el wikiproyecto, están compartiendo sus experiencias con el resto de la sociedad para mejorar el diseño y poder utilizarse en todo el mundo.

Las normas tienen su razón de ser

Quizás una de las cuestiones actuales más desconcertantes para la población general sean los consejos sobre el uso de la mascarilla. Mientras que los ciudadanos en Asia no tienen problemas en ponérsela, el mundo occidental ha visto esta práctica con perplejidad, e incluso aprensión. Para los profesionales de la salud, las mascarillas son parte del equipo de protección, es decir, que ponérsela y quitársela se asocia a un proceso para reducir el riesgo de infección. Sencillamente, no es lo mismo que ponerse un pañuelo; para usarlas con seguridad hay que seguir unas instrucciones. Mientras que los principios de funcionamiento de un ventilador CPAP o una visera protectora puedan parecer evidentes, hay una razón por la que solo un número limitado de empresas invierten en el desarrollo y suministro de equipamiento médico. Esta razón es el riesgo inherente para la vida, por eso deben implementarse procesos de calidad y evaluación de riesgos, como las normas ISO 13485 e ISO 14971. Los dispositivos médicos también deben cumplir los requisitos de la norma IEC 60601, que define los ensayos de compatibilidad electromagnética (CEM), en beneficio del propio dispositivo y de otros que funcionen en su entorno. Como se ha demostrado en los proyectos señalados, la colaboración y asesoramiento de los profesionales de la salud activos en primera línea y las autoridades normativas es esencial para garantizar que los diseños sean seguros y satisfagan las necesidades planteadas.

Sumario

La rápida propagación de la COVID- 19 ha conmocionado a la población en general, sumiéndonos a muchos de nosotros en una situación completamente nueva que no deseamos volver a vivir. Al mismo tiempo, las historias de cómo otros enfrentaban el desafío de la falta de equipamiento han avivado la llama del ingenio en todo el mundo. Las nuevas relaciones forjadas entre individuos, empresas, fabricantes y profesionales de la salud están contribuyendo a abordar de forma eficaz tanto las carencias inmediatas como las deficiencias a largo plazo subyacentes a la hora de proporcionar asistencia sanitaria en todo el mundo.



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