La Universidad de Minnesota y DigiKey diseñan rápidamente respiradores para usar en pacientes con COVID-19: cómo lo lograron

La Universidad de Minnesota y DigiKey colaboraron para diseñar rápidamente un respirador simple y básico que se puede fabricar de manera rápida y económica para poner a disposición de los nuevos pacientes con coronavirus y ayudarlos. Este proyecto es uno de los tantos puestos en marcha en la actualidad, como los de Dyson, Medtronic, Ford, GE, GM y otros, y brinda esperanza a aquellos que luchan en primera línea en instalaciones médicas de todo el mundo, ya que podrán satisfacer las necesidades de sus pacientes.

La historia de cómo se creó el respirador de la Universidad de Minnesota (Figura 1) y cómo pasó rápidamente del concepto a la realidad es una historia fascinante de ingenio, disciplina y colaboración entre empresas en tiempos de crisis. Es solo un ejemplo de muchos, pero así es como comenzó y se desarrolló.

Figura 1: El diseño del respirador desarrollado por la Universidad de Minnesota en colaboración con DigiKey comenzó el 15 de marzo. (Fuente de la imagen: Aaron Tucker, Universidad de Minnesota)

El Dr. Steve Richardson, becario de Anestesiología de la Universidad de Minnesota, comenzó a fabricar un respirador de emergencia de bajo costo alrededor del 15 de marzo. Obtuvo los equipos y recursos de ingenieros biomédicos amigos y otras compañías privadas.

El Dr. Richardson habló sobre el proyecto con uno de sus amigos que es ingeniero biomédico y se dirigió al quirófano de la Universidad para probar algunas ideas. Al mismo tiempo, investigó un libro de texto de la década de 1950 para ver qué tipos de diseños serían factibles para elaborar un respirador de forma rápida y simple. Pocas horas después, tenía un prototipo simple pero totalmente funcional que daría resultado.

Llamó a varias compañías y les dijo que era un anestesiólogo que trabajaba en este respirador simple para ayudar en el brote de COVID-19, y pidió hablar con los CEO. Recibió ayuda de varias empresas privadas con experiencia en fabricación de equipos e ingeniería.

Si la FDA da su aprobación, Richardson podría comenzar a aumentar la producción muy rápidamente. Parece que serán capaces de producir miles de estos respiradores en unas tres semanas. El costo será solo un pequeño porcentaje de un respirador hospitalario estándar.

He escuchado a algunas personas decir que nunca querrían estar conectados a un respirador “barato”. Personalmente, preferiría tener algo simple y básico en lugar de no tener nada si llegara a ese punto.

Resulta ser que el diseño del Dr. Richardson es similar a los utilizados en muchas ambulancias (Figura 2). Sin embargo, en lugar de que alguien apriete manualmente la bolsa para ventilar al paciente y mantenerlo vivo, la acción de bombeo se controla electrónicamente y se implementa mecánicamente.

Figura 2: El nuevo respirador es similar a los respiradores manuales comúnmente usados en una ambulancia, pero la acción de bombeo es mecánica. (Fuente de la imagen: Ambu Estados Unidos)

Durante el proceso de investigación para esta publicación, pude ponerme en contacto con Aaron Tucker, supervisor de laboratorio y coordinador de desarrollo técnico en el Earl E. Bakken Medical Devices Center. Aaron es un candidato a doctorado en ingeniería mecánica que trabaja en el programa del Dr. Richardson. (Figura 3).

Figura 3: Aaron Tucker, supervisor de laboratorio y coordinador de desarrollo técnico, con un prototipo del respirador (Fuente de la imagen: Aaron Tucker, Universidad de Minnesota)

Aaron Tucker aceptó gentilmente participar de una sesión rápida de preguntas y respuestas sobre el programa, cómo se involucró DigiKey en este y cómo ha progresado:

Steve Taranovich: ¿Qué les hizo elegir a DigiKey para adquirir los componentes necesarios? ¿Será el único proveedor?

Aaron Tucker: Tenemos un grupo de empresas con las que hemos trabajado estrechamente durante las últimas semanas, incluidas DigiKey, Teknic, Protolabs, Electronic Systems Inc., MGC Diagnostics y la Facultad de Medicina de la UMN.

Con respecto a DigiKey, ya conocíamos sus vastas capacidades JIT [justo a tiempo], y tuvimos una gran conexión con Randall Restle desde el principio. Su plazo de entrega ha sido notable en las últimas dos semanas, y no podríamos haber hecho los primeros 25 prototipos sin ellos.

Steve Taranovich: ¿Quién los ensamblará? ¿Dónde serán ensamblados?

Aaron Tucker: Contamos con la colaboración de varias compañías locales de dispositivos médicos que los fabricarán y ensamblarán en sus instalaciones de Minnesota.

Steve Taranovich: ¿Qué pasará con el costo? ¿Quién pagará por ellos?

Aaron Tucker: Hasta que terminemos de revisar el diseño de fabricación, no estaremos seguros del costo.

Steve Taranovich: ¿Cuántos planean fabricar?

Aaron Tucker: Aún se desconoce la demanda que tendrán estos respiradores. Algunas proyecciones han estimado cientos de miles solo para los Estados Unidos. Como esta es una situación en constante cambio, nuestro objetivo es proporcionar miles de forma rápida y reevaluar la demanda de los Estados Unidos en ese momento.

Steve Taranovich: ¿Hay planes para compartir el diseño con otros para que puedan ayudar a construirlos? ¿Quizás otras universidades?

Aaron Tucker: Planeamos establecer una licencia de código abierto a través de la Universidad de Minnesota. Queremos proporcionar un diseño que pueda fabricarse incluso en lugares con equipos de alta gama y menos costosos. Con suerte, podremos llegar a un diseño que se pueda fabricar en otros países con menos bienes de producción disponibles.

Steve Taranovich: ¿Cuánto tiempo llevaría completar una unidad en producción?

Aaron Tucker: Esperamos conocer esa información dentro de la próxima semana.

Steve Taranovich: ¿Quién inspecciona el producto terminado? ¿Cómo se probarán?

Aaron Tucker: La empresa fabricante realizará pruebas e inspecciones.

El diseño de respiradores no para

Figura 4: Según Kari Jesme, gerente de Ventas de DigiKey, los equipos de ventas, ingeniería, valor agregado, distribución y soporte de aplicaciones de la compañía trabajan junto con la Universidad de Minnesota y muchos otros para satisfacer la necesidad de respiradores en todo el país. (Fuente de la imagen: DigiKey)

Desde la perspectiva de DigiKey, la colaboración es parte de un esfuerzo continuo para apoyar a los trabajadores de la salud en primera línea; esto se logra directamente a través de los esfuerzos de alcance local en su ciudad natal de Thief River Falls, e indirectamente al ayudar a abastecer a la Universidad de Minnesota y a los muchos otros que trabajan para desarrollar respiradores con los componentes electrónicos, el hardware y el soporte técnico que necesitan.

“DKE está haciendo muchas cosas en conjunto con nuestros clientes existentes, proveedores y nuestro equipo interno para asegurarnos de poder dar apoyo a tantas personas como sea posible”, dijo Kari Jesme, gerente de ventas de DigiKey para el centro de los Estados Unidos y México (Figura 4).

“Nuestro equipo de ventas ha trabajado con muchos de nuestros clientes que satisfacen la necesidad de respiradores en todo el país. Algunos de ellos, que normalmente fabrican estos dispositivos, así como muchos otros, como la Universidad de Minnesota, han dado un paso adelante y ahora están utilizando sus instalaciones para apoyar la causa”.

Es un proyecto enorme que abarca toda la empresa y que indica el cambio radical que ocurre mundialmente. Por ejemplo:

• El Departamento de Valor Agregado de DigiKey está haciendo arneses de cables para admitir múltiples pedidos en los rangos de 10K a la vez e incluso más.
• El equipo de proveedores trabaja diligentemente con los proveedores para mantener el suministro de piezas y satisfacer la necesidad adicional. Además, hacen negociaciones diarias para tratar de acceder aún más a los componentes altamente utilizados en estos dispositivos.
• El equipo de ingeniería ha dado un paso adelante para trabajar en múltiples canales y oportunidades para encontrar componentes alternativos donde sea necesario o posiblemente para proporcionar fuentes adicionales y ayudar con diseños completos.
• Ese mismo equipo apoya a los clientes con diseños existentes y también con algunos diseños nuevos; también ayuda a facilitar el diseño rápido para la producción, a veces en cuestión de días.

“Teníamos un cliente que necesitaba piezas este último fin de semana para presentar hoy algunos ejemplos de trabajo para un respirador”, dijo Jesme. “Pudimos trabajar con el PDC [Centro de Distribución de Productos] para que el pedido fuera recogido ayer. El cliente vino, los recogió y hoy tienen una muestra en ejecución. Trabajaron muy de cerca con uno de nuestros ingenieros de aplicaciones en la selección de piezas”.

Junto con el cableado, estos productos incluyen fuentes de alimentación, codificadores y conectores.

“La posición de stock [componentes], los servicios de valor agregado, las relaciones que tenemos tanto del lado del proveedor como del cliente, junto con nuestro increíble equipo de distribución de productos y la relación que tenemos con nuestros socios logísticos para entregar los componentes tan requeridos en este tiempo de tanta necesidad nos hacen sentir muy agradecidos de que podamos hacer nuestra pequeña parte para ayudar en la lucha contra esta pandemia".

Entre las muchas empresas que trabajan para suministrar respiradores en cantidad se incluye Dyson, famosa por sus aspiradoras. Su fundador, James Dyson, recibió una llamada directa del primer ministro del Reino Unido, Boris Johnson, pidiéndole ayuda. En 10 días, él y su equipo habían diseñado el CoVent. Otras empresas que ahora trabajan en el desarrollo de respiradores a escala mundial incluyen Medtronic, Ford, GE y GM, solo por mencionar algunas.

Conclusión

Estoy muy orgulloso de la creatividad y la colaboración en el diseño de estos médicos, ingenieros, técnicos, fabricantes y distribuidores que han ayudado durante una gran crisis mundial. El virus no distingue entre planes o fronteras comerciales, ha alterado la vida en el hogar y ha puesto en peligro a innumerables personas en este momento. Sin embargo, también ha sacado lo mejor de lo que somos como personas, y por ello debemos estar agradecidos.