از فضاپیما تا تجهیزات پزشکی؛ ساخت دستگاه تنفس مصنوعی توسط مهندسان ناسا
کمتر اتفاق میافتد که آژانس فضایی آمریکا چیزی غیر از تجهیزات مرتبط با فضاپیماها و ابزارآلات فضانوردی بسازد. در بحران شیوع ویروس کرونا اما این سازمان تصمیم گرفت دستگاه تنفس مصنوعی یا ونتیلاتور (ventilator) طراحی کرده تا بهنوعی کمبود آن را جبران کند. سازمان غذا و داروی آمریکا (U.S. Food and Drug Administration بهاختصار FDA) نیز استفاده از این ونتیلاتورها را بهصورت اضطراری مجاز اعلام کرده و بیمارستانها از این پس میتوانند از آنها استفاده کنند. آزمایشگاه پیشرانش جت (JPL) ناسا این دستگاه تنفس مصنوعی را تنها در عرض ۳۷ روز ساخت و آن را در اختیار FDA قرار داد تا مراحل تأیید را پشتسر بگذارد. البته FDA بهدلیل شرایط اضطراری استفاده از آن را مجاز اعلام کرده و پس از این دوران، باید مراحل معمول دریافت تأییدیه را پشتسر بگذارد.
دیوید فن بورن (David Van Buren) که بهعنوان مهندس در JPL مشغول به کار است و معمولاً زمانش صرف طراحی و ساخت ابزار برای تلسکوپهای فضایی یا رباتهایی میشود که دیگر سیارهها را کاوش میکنند، در طول یک ماه گذشته بههمراه تیمی از همکارانش مشغول توسعه پروژه ساخت ونتیلاتور بودهاند. هرچند فن بورن پیشتر اندکی تجربه در زمینه مهندسی پزشکی داشت، در گذشته هرگز دستگاه تنفس مصنوعی طراحی نکرده بود. البته او و همکارانش قبلاً در JPL وسایلی را ساخته بودند که هیچ تجربهای در ساختشان نداشتند؛ درحقیقت آنها سابقه ساخت تجهیزاتی را دارند که هیچکس تجربه ساختشان را ندارد!
فن بورن دراینباره میگوید: «وقتی یک دانشمند نزد ما میآید و میگوید قصد کاوش قمر مشتری و حفر یخ را دارد تا ببیند زیر آن چه چیزی است، درخواست انجام کاری را داده که پیشتر هرگز انجام نشده است. ما به دیدن مسائل جدید و کشف نحوه انجام آنها عادت داریم؛ اموری که مردم پیشتر انجام ندادهاند یا دستکم خودمان قبلاً انجام ندادهایم!» وی ادامه میدهد: «ما در طراحی این ونتیلاتور کمابیش از چارچوبی استفاده کردیم که هنگام ساخت ابزار برای فرود روی مریخ و مثلاً حفر سطح برای اندازهگیری آنچه در زیر آن وجود دارد، بهکار میگیریم. ما با دانشمندان در تماس هستیم و در این مورد برای اطلاع از لوازم مورد نیاز با متخصصان بالینی ارتباط تنگاتنگ داشتیم تا بدین وسیله بتوانیم یک ونتیلاتور را طراحی کنیم.»
در ادامه دیگر کارمندان JPL ازجمله میشل ایستر (Michelle Easter) به پروژه پیوستند. او بهطور معمول روی موتورهایی با عنوان فعالکنندهها (actuator) کار میکند. این موتورها برای بهکار انداختن یا چرخاندن ابزارهایی نظیر پنلهای خورشیدی حین مأموریت مورد استفاده قرار میگیرند. ایستر اظهار میکند: «فعالکنندهها اغلب ترکیبی از مکانیک و الکترونیک هستند و ماهیت دستگاه ونتیلاتور دقیقاً از همین موارد تشکیل میشود؛ یعنی مکانیزمی است که ابزارهای الکترونیکی آن را کنترل میکنند و این نوع طراحی برای من بسیار راحت است.»
در زمانی که تیم روی نسخه آزمایشی کار میکرد، بههمراه دستگاه به مرحله آزمایش محیطی رفت. هر زمان ناسا بخواهد فضاپیمایی را به فضا بفرستد، باید از قبل آن را در معرض موقعیتهای سخت نظیر دمای بسیار متغیر، لرزشهای شدید و صداهای بلند قرار دهد تا دریابد آیا آن فضاپیما قادر به تحمل محیط خشن فضا هست یا خیر. برای کیفیتسنجی تجهیزات پزشکی نیز اغلب از همین آزمایشها استفاده میشود و JPL امکانات لازم برای اجرای آنها نظیر محفظه خلاء بسیار بزرگ و تجهیزات برای لرزاندن دقیق سختافزارها را دراختیار دارد.
ایستر میگوید: «ما سازنده فضاپیما هستیم و نه دستگاههای پزشکی! اما عناصر بسیار مشابهی میان این دو وجود دارد. هر دوی آنها بهدلایل مختلف باید سامانههایی با اطمینانپذیری بسیار بالا باشند. برای فضاپیما، از لحظهای که آن را به فضا میفرستید، دیگر هرگز نمیتوانید به آنجا رفته و آن را تعمیر کنید؛ درنتیجه باید مطمئن شویم که فضاپیما بهکلی بینقص است و در تمام موقعیتها دقیقاً همانطور که انتظار داریم، عمل میکند. برای دستگاههای پزشکی نیز ما آن را به انسان متصل میکنیم؛ از اینرو باید مطمئن شویم که به آن فرد آسیب نمیزنیم.»
فرد فارینا (Fred Farina)، مسئول ارشد پروژههای JPL، عنوان میکند: «اکنون که ما به یک طراحی مشخص رسیدهایم، باید آن را هر چه زودتر در اختیار جامعه پزشکی و در نهایت بیماران قرار دهیم. بههمین منظور ما استفاده از طراحی این ونتیلاتور در دوران بحرانی را رایگان کردیم و شرکتهای سازنده نیازی نیست مبلغی بابت آن پرداخت کنند.» تیم ناسا بهمنظور ساخت این دستگاه که «وایتال» (VITAL) نام دارد، تلاش کرد تا حد امکان از قطعات معمولی و در دسترس نظیر لوله، موتور، شیر صنعتی و نمایشگرهای الکترونیکی استفاده کند. این ونتیلاتور نسبت به مدلهای دیگر بازار برتریهای زیادی داشته و بههمین دلیل، هم میتوان آنها را سریعتر ساخت و هم قطعات کمتری مصرف میکنند.