Fizycy łączą siły w projekcie budowy sprzętu medycznego

Innowacje naukowe z Polski zaznaczają swoją obecność w międzynarodowym projekcie budowy nowego respiratora mechanicznego Milano (Mechanical Ventilator MILANO, MVM). Urządzenie, w którego opracowanie zaangażowali się aktywnie rodzimi naukowcy, weszło już w fazę produkcji - jego celem jest oczywiście pomoc pacjentom ciężko dotkniętym przez COVID-19. Respirator zaprojektowali i opracowali fizycy rozlokowani w ośrodkach badawczych na całym świecie - głównie z Włoch, Kanady i USA.

Na początku maja 2020 roku, zaledwie sześć tygodni od rozpoczęcia prac nad pomysłem MVM, amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (US FDA) ogłosiła, że respirator uzyskał atest pozwalający na jego stosowanie do ratowania życia chorych. Osiągnięcie tego rezultatu w tak krótkim czasie było możliwe dzięki szerokiej współpracy laboratoriów akademickich, instytutów badawczych i firm, a także dzięki otwartemu dzieleniu się umiejętnościami i zasobami naukowo-technicznymi.

Złożone systemy sterowania przepływem gazów są "chlebem powszednim" specjalistów zajmujących się fizyką cząstek. Korzystają niejednokrotnie z tej samej technologii jak ta, wymagana do budowy respiratorów.

Zgodnie z opisem projektu, MVM jest konstrukcyjnie prosty i składa się z niewielkiej liczby elementów, a modularna konstrukcja pozwala na prostą wymianę części - także na uniwersalne odpowiedniki, w zależności od ich dostępności w różnych regionach świata. To umożliwia szybką, zestandaryzowaną produkcję respiratora. Można go wytwarzać bez licencji.

Ze strony polskiej w realizację projektu włączyli się dr Masayuki Wada i dr Mariusz Suchenek ze znajdującego się w Warszawie centrum doskonałości MAB AstroCeNT, specjalizującego się w zagadnieniach z obszaru astrofizyki, fizyki komputerowej, a także fizyki cząsteczkowej. Centrum doskonałości MAB "AstroCeNT: Centrum Naukowo-Technologiczne Astrofizyki Cząstek" działa od lipca 2018 roku dzięki grantowi badawczemu o wartości 38 mln PLN uzyskanemu z programu Międzynarodowe Agendy Badawcze realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej i współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego (ze środków pochodzących z Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój).

Dr Masayuki Wada koordynuje pracami grupy odpowiedzialnej za kontrolę jakości oprogramowania respiratora, w tym proces rozwijania i testowania kodu, który musi spełniać normę ISO wymaganą do certyfikacji przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA). Oprócz szczegółowych testów oprogramowania, kolejnym rodzimym wkładem do projektu jest analiza danych z modułów testowych MVM, weryfikująca ich funkcjonalność. Odbywa się to we współpracy z fizykami, inżynierami i ochotnikami z całego świata.

Jestem niezwykle dumny z faktu, że w realizacji tego niezwykłego projektu z przeważającym udziałem badaczy z wielkich i renomowanych laboratoriów naukowych w Europie i Ameryce nasz stosunkowo niewielki zespół odgrywa tak nieproporcjonalnie ważną rolę. Bardzo się cieszę, że ich praca mogła w tak krótkim czasie i w tak wcześniej nieplanowany sposób przynieść owoce pro publico bono zwłaszcza teraz, w tak trudnym okresie pandemii COVID-19.

Inicjatywa stworzenia respiratora powstała w ramach GADMC (Global Argon Dark Matter Collaboration), międzynarodowego zespołu naukowego zajmującego się badaniami astrofizycznymi - poszukiwaniem ciemnej materii za pomocą detektorów w laboratoriach INFN Gran Sasso we Włoszech i SNOLAB w Kanadzie, kierowanego przez Cristiano Galbiati (z GSSI i INFN we Włoszech oraz Uniwersytetu Princeton w USA) oraz Arthura McDonalda z Queen’s University (Kanada), laureata nagrody Nobla z 2015 roku.

Kluczową rolę w projekcie odegrali partnerzy przemysłowi - w szczególności włoska firma Elemaster, która udostępniła laboratorium niezbędne do budowy pierwszych urządzeń, stworzyła elektronikę respiratora, kierowała pracą pozostałych firma zaangażowanych w montaż oraz zgłosiła respirator do amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków (FDA).

Za sprawnym prowadzeniem inicjatywy stoi skoordynowana i ponadbranżowa współpraca. Dostarczenie respiratora MVM pacjentom wymagało współdziałania z ekspertami spoza dziedziny fizyki. Istotny wkład w projekt wniosły również agencje rządowe, organy regulacyjne, producenci i instytucje opieki zdrowotnej.

Doradztwo ekspertów medycznych z Włoch, Kanady i Stanów Zjednoczonych pozwoliło uwzględnić w projekcie urządzenia wymagania kliniczne. Anestezjolodzy z oddziałów COVID-19 w Lombardii - jednego z regionów najbardziej dotkniętych przez pandemię, odegrali w tym szczególną rolę - wnosząc istotne wskazówki dotyczące projektu. Szczegółowe testy i weryfikację poprawnej pracy urządzenia przeprowadzono w szpitalu San Gerardo w Monza we Włoszech.

Przemysł kosmiczny z odsieczą dla służby medycznej

W obliczu zaistnienia pandemii, firmy high-tech na całym świecie szybko przestawiły część swojego obszernego potencjału technologicznego na tory walki z koronawirusem. Zaangażowały się także firmy z sektora kosmicznego.

Spośród coraz większej liczby polskich spółek branżowych ciężar ten wzięła na siebie także firma Creotech Instruments z Piaseczna, która na co dzień dostarcza rozwiązania dla rynku satelitarnego oraz naukowo-badawczego. Firma włączyła się bezpośrednio w produkcję środków ochronnych dla medyków.

Jak zadeklarowała firma, specjalistyczne wyposażenie produkcyjne oraz doświadczenie w projektach technologicznych ułatwiło pracownikom Creotech rozpoczęcie produkcję przyłbic ochronnych dla służby medycznej, mocowań do masek jednorazowych, pudełek do bezpiecznej intubacji zmniejszających ryzyko kontaktu pracowników ochrony zdrowia z gazami oddechowymi leczonego pacjenta oraz przejściówek do filtrów. Dzienne moce produkcyjne oceniono na ponad 1000 przyłbic, kilkaset przejściówek łączących maski z filtrami i kilka pudeł do intubacji.

Produkowane wyposażenie przez kilka tygodni rozdzielano między szpitale w Lublinie, Radomiu, Krakowie, Gdańsku i innych mniejszych miejscowościach - w ramach akcji „Maska dla Medyka”. Dzięki współpracy z firmą Semicon, która przekazała materiały, wyposażenie trafiło do medyków za darmo.

Firma Creotech Instruments podjęła również kooperację z Fundacją im. ks. Jana Kaczkowskiego, która powadzi zbiórkę funduszy na opłacenie zakupu nowych partii materiałów produkcyjnych. Środki te oceniono jako mocno ograniczone, dlatego spółka zwróciła się z prośbą do wszystkich darczyńców o dodatkowe wsparcie finansowe działań fundacji - wpłaty na jej rzecz można kierować na bieżąco pod adres: Fundacja im. ks. Jana Kaczkowskiego, ul. Kazimierza Wielkiego 16B/10, 81-780 Sopot, nr konta: 54 1240 1242 1111 0010 7685 0834. W tytule przelewu należy podać: "Materiały i narzędzia do produkcji środków ochrony dla medyków - cele statutowe". Jak zapewniają przedstawiciele Creotech, każdy zebrana złotówka pozwala na wyprodukowanie jednej przyłbicy.

Oprócz tego, podwarszawska firma deklaruje również  pracę nad rozwiązaniami bardziej długofalowymi, które wesprą walkę z COVID-19 w perspektywie kilku miesięcy. Jednym z nich są przygotowywane rozwiązania dla powietrznych statków bezzałogowych. Specjalnie przygotowane drony będą mogły w najbliższej przyszłości rozpocząć loty w obszarach miejskich w Polsce, a tym samym być używane do dostaw paczek, monitoringu, przeprowadzania akcji odkażania. Jak zapewnia Creotech, jest to tylko jeden z kilku projektów spółki, które przysłużą się walce z pandemią i jej skutkami.

Po wybuchu pandemii pierwszym celem naszej spółki było zapewnienie ciągłości jej funkcjonowania. Dzięki wdrożonym rozwiązaniom pracy zdalnej udało się zapewnić utrzymanie działalności biznesowej spółki. Następnie przyszedł czas na wsparcie obrony naszego kraju w walce z koronawirusem. Stąd nasze aktualne zaangażowanie w akcję produkcji wyposażenia ochronnego dla medyków. Teraz rozpoczynamy przygotowania do kolejnej fazy - aktywnych działań antykryzysowych. Wykorzystamy w nich np. nasz system do planowania, monitorowania i kontroli lotów oraz przetwarzania danych z dronów - CreoScan. Jednocześnie pracujemy nad kolejnymi, zaawansowanymi rozwiązaniami, m.in. do leczenia infekcji, czy dezynfekcji.

W podobnym kierunku poszły działania zaproponowane na czas kryzysu przez firmę SENER Polska. Spółka, która na co dzień projektuje i wytwarza mechanizmy obsługujące główne misje Europejskiej Agencji Kosmicznej, teraz aktywnie zaangażowała się we wspieranie szpitali i domów opieki społecznej w walce z epidemią COVID-19. Przedsiębiorstwo dostarcza im przyłbice ochronne.

Pierwszą partię wyprodukowanych przyłbic firma Sener przekazała do Centralnego Szpitala Klinicznego MSWiA w Warszawie, który pełni obecnie rolę szpitala zakaźnego. Druga partia trafiła do Domu Lekarza Seniora w Warszawie oraz do domów pomocy społecznej w Ciechanowie i Włocławku.

Jak komentują przedstawiciele firmy, epidemia COVID-19 nie pozostaje bez wpływu na sektor kosmiczny. Zwracają przede wszystkim uwagę na sytuację z odłożoną na dalszy termin misją europejskiego robota marsjańskiego wyprawy ExoMars, która miała startować w lipcu tego roku (została przesunięta o dwa lata).

Jako firma mamy możliwości, żeby wesprzeć służby medyczne w walce z epidemią COVID-19, dlatego wdrożyliśmy pracę zmianową tak, żeby sprawnie produkować kluczowe środki ochronne. Przyłbice wykonane są z plastiku, nie parują i są przystosowane do kontaktu ze środkami dezynfekcyjnymi - mogą być więc używane wielokrotnie. Ponadto cały czas jesteśmy w kontakcie ze szpitalami i ośrodkami, które najpilniej potrzebują pomocy i do których trafią kolejne partie przyłbic.

Do tej misji spółka dostarczyła już gotowy produkt – „pępowinę”, czyli mechanizm zwalniający połączenia elektrycznego. W ostatnim czasie inżynierowie Sener Polska zakończyli także testy funkcjonalne prototypu mechanizmu wyboru instrumentów (ISM) przeznaczonego dla przygotowywanej misji ATHENA, jednej z największych zaplanowanych obecnie misji ESA (zadaniem ATHENY będzie zbadanie powstawania galaktyk i czarnych dziur).

W obszarze swojej macierzystej działalności firma deklaruje na teraz rozpoczęcie testów modelu kwalifikacyjnego systemu podtrzymująco-zwalniającego (SAHRM) oraz mechanizmu rozkładającego (SADM) panelu słonecznego do satelitarnej misji ESA Proba-3.

Termografia w walce z koronawirusem

Swój pomysł na wspieranie przeciwdziałania pandemii ma również wrocławska firma Scanway, oferująca usługi oparte o techniki pomiarowe zaprojektowane m.in. na potrzeby realizacji misji kosmicznych. W obszarze zapobiegania roznoszeniu koronawirusa firma chce wykorzystać potencjał technologii termograficznego pomiaru temperatury. Wśród jego zastosowań może być bowiem wykrywanie objawów zakażenia koronawirusem w strefach przemysłowych i publicznych.

Firma deklaruje, że chodzi przede wszystkim o zwiększenie bezpieczeństwa pracowników i zapobieganie przestojom działania w zakładach pracy, w których takie rozwiązanie termograficzne może być stosowane. Chodzi tutaj o bezkontaktowy, automatyczny pomiar temperatury pracowników z użyciem termokamer. "Dzięki temu szybko i sprawnie wykryjesz osoby z podwyższoną temperaturą w swoim otoczeniu oraz ograniczysz ryzyko rozprzestrzeniania ewentualnych zachorowań w zakładzie do minimum" - zapewnia firma. Rozwiązanie ma charakter usługowy.

Zdaniem przedstawicieli firmy Scanway, coraz więcej zakładów produkcyjnych wprowadza system zdalnego pomiaru temperatury pracowników. "Gorączka może być jednym z symptomów infekcji wirusowej" - wskazują. Z założenia, system zdalnego pomiaru skanuje temperaturę okolicy kącików oczu ("szpary powiekowej") celem ustalenia temperatury ciała ludzkiego. Zastosowana technologia ma zagwarantować dokładność pomiaru z marginesem błędu do +/-0,3º C, przy jednoczesnym monitorowaniu trzech osób w łącznym czasie poniżej jednej sekundy. Gdy system wykryje osoby o podwyższonej temperaturze ciała automatycznie alarmuje obsługę za pomocą sygnałów dźwiękowych i interfejsu graficznego oraz dodatkowo archiwizuje wyniki.

Oprócz zmodyfikowanej w ten sposób oferty usługowej, Scanway zaproponował w obszarze zainteresowania koronawirusem również wyniki inżynieryjnego wideotestu skuteczności najczęściej używanych maseczek ochronnych – pod kątem ich szczelności. W nagranym filmie wykorzystano technikę pomiarową, która została zaprojektowana m.in. dla zastosowań branży kosmicznej i precyzyjnego przemysłu.

"Test maseczek jest efektem naszej własnej ciekawości świata, ale też licznych pytań ze strony środowisk przemysłowych" - zadeklarowali przedstawiciele Scanway. "Reprezentanci firm poszukiwali informacji o jakości systemów i środków wsparcia sanitarnego" - argumentowali przy tym. Wrocławska spółka zaangażowała się też w organizację dostaw maseczek ochronnych – zadeklarowała stworzenie sieci kontaktów z polskimi szwalniami i dystrybutorami, "dzięki której zakup masek jest prosty, dostawa szybka a jakość gwarantowana".

To nie koniec zmagań

Wskazane przypadki to oczywiście tylko wybrana część większej całości - do wymienionych firm na bieżąco dołączają kolejne, które chcą wykazać zaangażowanie w zorganizowanym przeciwdziałaniu pandemii, zasygnalizować społeczną solidarność i odpowiedzialność lub po prostu poszerzyć zakres swojej działalności o najbardziej potrzebne na rynku usługi. Proponowaniu użytecznych na tym polu innowacji sprzyja technologiczne zaawansowanie i wszechstronny inżynieryjny charakter usług branży kosmicznej, która posiada wiele czynników produkcji mających znaczenie w działaniach kryzysowych. Niewątpliwie zatem sektor może odegrać na tym polu znaczącą rolę i przy okazji poszukiwać dla siebie bezpiecznej przystani, umożliwiającej przetrwanie w dobie trwającej trudnej sytuacji społeczno-gospodarczej.