4 diseños de respiradores de bajo coste para tratar el COVID-19

ventilation systems

El pasado mes de marzo, ennomotive lanzó un desafío para contribuir al tratamiento de enfermos de COVID-19. El objetivo de esta iniciativa es el desarrollo de un ventilador fácil de fabricar y de bajo coste, un modelo que ayude a los hospitales a paliar la falta de sistemas de respiración artificial para pacientes de coronavirus.

Nunca podremos agradecer lo suficiente a los participantes de este desafío, 101 en total. Vuestro apoyo e ideas son de gran ayuda en esta época tan difícil. Hemos recibido diferentes tipos de diseños de respiradores y la mayoría de ellos pueden clasificarse en 4 grupos.

Sistemas centralizado de aire

En primer lugar, encontramos las soluciones de suministro centralizado de aire. Normalmente utilizan un compresor de aire libre de aceites (o similar) para suminstrar aire a 10-20 pacientes al mismo tiempo. El aire se mezcla con el oxígeno que necesiten los pacientes, que se extrae de bombonas de oxígeno tradicionales. El aire que recibe cada paciente se regula mediante válvulas individuales conectadas con microcontroladores y se monitorea en cada paciente.

Estas soluciones son aptas para pacientes intubados, los más vulnerables. La solución mejor valorada en esta categoría es una propuesta de Frede Jensen. Debido a su enorme potencial, nos estamos centrando en su desarrollo acualmente.

Hemos lanzado un nuevo desafío en ennomotive donde puedes conocer los detalles de este diseño y hacer propuestas para mejorar y perfeccionar el respirador. Si quieres participar en este desafío, acepta las condiciones y envía tus diseños de respiradores.

Uno de los requisios de este tipo de solución es el uso de un compresor de aire para el suministro de aire a varios pacientes al mismo tiempo y, para ello, hay diferentes diseños para el terminal al que se conectan los pacientes. Una solución de esta clase la propuso el equipo de Nicolás y Emanuel Giménez. Su diseño integra el monitoreo de la calidad del aire y válvulas de control en un solo dispositivo.

Dicho dispositivo se coloca sobre un pequeño carrito y se compone de piezas relativamente baratas y fáciles de conseguir, por lo que se trata de una buena solución complementaria a la descrita anteriormente. Utiliza placas de Arduino como controladores y válvulas solenoides como actuadores, además de otros componentes mecánicos como tanques y filtros de bacterias para asegurar el cumplimiento de las especificaciones.

Hugh Potts, desde el Reino Unido, propone una solución parecida con algunas diferencias. Por ejemplo, incluye una cámara de mezcla de oxígeno y válvulas giratorias para evitar problemas logísticos.

Soluciones con soplador

Algunas soluciones proponen el uso de un soplador o suministrar el aire de manera individual a cada paciente. Este tipo de solución funciona especialmente bien en pacientes que necesitan ser transportados de un sitio a otro. Sin embargo, no es tan rentable como la anterior a la hora de tratar a varios pacientes al mismo tiempo. De entre todas las soluciones de este tipo, la propuesta por Edgar Boada, de Argentina, es la más completa, pues utiliza una turbina en miniatura donde se mezcla el aire de entrada y el oxígeno y una caja impresa en 3D con todos los componentes.

diseños de respiradores

Otras soluciones proponen modelos aún más económicos que apuntan a un uso doméstico para dar soporte de emergencia como primer auxilio mientras el paciente espera al personal médico en su hogar. Entre ellas, el participante Andrew Piscione, ingeniero también de Argentina, propone un enfoque sumamente innovador. Por un coste total aproximado de U$D 180, su respirador utiliza como soplador un motor de aspiradora doméstica estándar regulado por válvulas neumáticas y controlado por un Arduino Uno, también contando con un humidificador de aire inspirado en el clásico nebulizador doméstico.

El ambú

Estas soluciones proponen el bombeo continuo de aire mediante un ambú tradicional. Su objetivo es ayudar con la respiración a los pacientes no intubados para liberar a los sanitarios de esta tarea. Los participantes han propuesto una amplia gama de diseños para este tipo de solución, pero el que más atrajo la atención de los evaluadores ha sido la entegada por el Dr. Siavash Ahmadi-Noorbakhsh.

Esta solución pretende utilizar esfigmomanómetros tradicionales, generalmente utilizados para medir la tensión sanguínea, y controlarlos de manera electrónica para expandir o contraerlos envueltos en un ambú. La ventaja de esta solución son los materiales, pues están disponibles en cualquier hospital.

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Otra solución más sofisticada es la propuesta de Darren Lewis. En este caso, el sistema mecánico personalizado se utiliza para hacer funcionar el ambú. Gracias a la adaptación de un motor de corriente continua común combinado con un microcontrolador, se puede conseguir un alto nivel de control del proceso respiratorio. Este tipo de soluciones son muy atractivas pero requieren una infraestructura de fabricación más complejas que otras soluciones, lo que retrasaría su implementación. Dadas las circunstancias actuales, el tiempo es un factor clave, por lo que se deben priorizar las soluciones que se puedan fabricar más rápidamente.

Maksym Gaievskyi, desde Ucrania, propone una solución similar.

La bomba de aire

Esta solución es parecida a la que utiliza sopladores. Sin embargo, se necesitan bombas de aire fáciles de conseguir (como las bombas de aire los acuarios) para suministrar el aire necesario. Es crítico para estas soluciones que se asegure el flujo máximo de aire, por lo que pueden no ser adecuadas para pacientes graves, aunque sí se utilicen en otros.

P.D.S Ashan Kumara, de Sri Lanka, ha diseñado este ingenioso dispositivo reutilizando una bomba de aire de una estación de soldadura junto a un Arduino (ambas tecnologías son fáciles de conseguir) para crear un respirador. 

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Si quieres saber más sobre el desafío para desarrollar un respirador con control de presión, lee este resumen que hemos preparado.

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