Coronavírus: engenheiros da F1 e acadêmicos de F1 desenvolvem novo aparelho respiratório em menos de 10 dias

Com a pandemia de coronavírus se espalhando por quase todos os países do mundo, o número de pacientes hospitalizados que precisam de suporte respiratório está se tornando sem precedentes. Não é fácil para os fabricantes produzirem rapidamente um grande número de ventiladores extras; portanto, é provável que haja um desequilíbrio na oferta e na demanda do equipamento necessário para fornecer esse suporte.

Para aliviar esse problema, uma equipe de engenheiros da UCL (a universidade em Londres onde eu trabalho) e a fabricante de motores de Fórmula 1 Mercedes-AMG HPP estão trabalhando para fabricar grandes números de um dispositivo de pressão positiva contínua nas vias aéreas (CPAP). Essa máquina, semelhante às comumente usadas para tratar a apneia do sono , pode ajudar pacientes com problemas respiratórios graves, liberando ventiladores para os pacientes mais críticos.

Em um mês, 10.000 dispositivos foram entregues para cumprir a meta do governo do Reino Unido, com a Mercedes reaproveitando toda a sua instalação em Brixworth, Northampton, para produzir 1.000 por dia. Os projetos e instruções de fabricação foram agora divulgados, sem nenhum custo, a governos, fabricantes, acadêmicos e especialistas em saúde em todo o mundo. Em uma semana, eles haviam sido compartilhados com mais de 1.300 equipes em 25 países.

O ritmo surpreendente deste projeto foi possível graças ao alinhamento de colaborações acadêmicas, industriais e clínicas estabelecidas, trabalhando sob a égide do Instituto de Engenharia da Saúde da UCL. A equipe foi rapidamente mobilizada para se concentrar em uma necessidade imediata e claramente definida.

O projeto começou quando Tim Baker , professor de engenharia mecânica, entrou em contato com seus colaboradores de longa data Andy Cowell e Ben Hodgkinson da Mercedes AMG HPP. Em 18 de março, eles se conheceram no MechSpace, uma instalação recentemente inaugurada no centro de Londres para estudantes de engenharia mecânica.

Baker apresentou aos engenheiros da Mercedes um gerador de fluxo CPAP convencional dado a ele por Mervyn Singer , professor de medicina intensiva nos hospitais da UCL, com uma instrução simples: “Precisamos de mais”. Singer havia sido contatado por médicos na Itália e na China, que compartilharam suas experiências com o CPAP como uma ajuda importante para gerenciar pacientes com coronavírus.

Pressão contínua

Ao contrário da ventilação mecânica, o CPAP não exige que um tubo seja inserido na traqueia do paciente. Em vez disso, a pressão do ar contínua (ligeiramente acima da pressão atmosférica normal) aplicada através de uma máscara facial mantém as vias aéreas abertas e fornece ao paciente ar enriquecido com oxigênio. Isso reduz o trabalho que eles precisam fazer para respirar sem exigir que sejam sedados.

Um gerador de fluxo de CPAP funciona explorando um fenômeno conhecido como efeito Venturi . Um jato de oxigênio de alto fluxo aspira o ar ambiente para gerar um alto fluxo de saída de ar enriquecido com oxigênio. As válvulas mecânicas permitem ajustar a pressão e a concentração de oxigênio.

A beleza deste design é que ele não possui partes móveis. Isso significava que a equipe poderia fazer engenharia reversa do dispositivo, fazendo medições meticulosas de todas as dimensões e traduzindo-as em um modelo de computador 3D e desenhos de fabricação.

Nos dois dias seguintes, o MechSpace se tornou o pit lane do projeto com engenheiros da equipe Mercedes, usando a experiência adquirida na indústria de F1 para acelerar o projeto e a fabricação de protótipos. Eles se basearam nas habilidades de três ex-alunos da UCL, Jamie Robinson, Alex Blakesley e Ismail Ahmad. Em particular, eles usaram o software comercial (Mashoom) que Robinson havia desenvolvido durante sua graduação para gerenciar e armazenar os projetos de computadores que sustentariam o processo de produção.

A mentalidade de corrida da equipe Mercedes levou o processo adiante a uma velocidade vertiginosa. Hodgkinson derrubou a manopla de uma rotação de 24 horas entre ele entrando pela porta na MechSpace e cortando materiais para o protótipo em sua linha de produção comercial em Brixworth. A equipe errou esse alvo – mas apenas duas horas.

Com a equipe trabalhando dia e noite, um deles foi enviado para estocar suprimentos essenciais, incluindo produtos de higiene pessoal e uma muda de roupa. As camisetas adquiridas na loja mais próxima inadvertidamente forneceram um uniforme de equipe e o logotipo da camiseta foi requisitado como o nome do sistema CPAP, UCL-Ventura.

Aprovação regulatória

A aprovação regulamentar de dispositivos médicos é um processo demorado que geralmente pode levar anos, mas a equipe deliberadamente se concentrou na engenharia reversa de um dispositivo sem patente, o Respironics WhisperFlow, usado no NHS há décadas.
NHS é o hospital onde o primeiro ministro do Reino Unido Boris Johnson ficou internado recentemente com a COVID-19
Isso permitiu que o dispositivo fosse rapidamente aprovado para uso pela Agência Reguladora de Medicamentos e Produtos de Saúde do Reino Unido (MHRA).

As parcerias já implementadas pelo Institute of Healthcare Engineering da UCL, lideradas pela professora Rebecca Shipley, também foram cruciais para a velocidade do projeto.

A equipe trabalhou em estreita colaboração com vários parceiros do setor para verificar a disponibilidade e providenciar o fornecimento de outros componentes regulados importantes, incluindo sensores e máscaras de oxigênio. O projeto Mark I foi submetido a testes clínicos em pacientes nos hospitais da UCL e nos hospitais irmãos em 27 de março, e a ordem do governo foi confirmada quatro dias depois.

Os engenheiros mecânicos da UCL, incluindo Tom Peach, Tom Rushton, Peter Weston e James Weaver, continuaram trabalhando no MechSpace, dormindo em um hotel ao lado. Foi aprovada uma versão Mark II do dispositivo que reduz significativamente os requisitos de oxigênio do sistema. E é esse design que agora foi disponibilizado para a resposta global ao COVID-19.

Por meio da colaboração, inovação e tradução, essa equipe interdisciplinar conseguiu avançar com rapidez suficiente para entregar essa tecnologia vital de saúde à linha de frente da batalha contra essa doença.

Este artigo foi republicado por Clare Elwell , professora de física médica, vice-reitora de Impacto, UCL Engineering, UCL  da The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original .