Kampus Akademii Górniczo-Hutniczej jest obecnie prawie pusty. Na teren krakowskiej uczelni wejść można tylko przez jedną z licznych bram, w większości budynków spotkamy najwyżej portiera. Niektóre laboratoria jednak pracują. W budynku B5 w siedzibie Koła Creative na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej na okrągło chodzą dwie drukarki 3D. Procesu dogląda jeden pracownik, dr inż. Piotr Kustra, który wydrukowane elementy dezynfekuje, pakuje do worka i umieszcza w specjalnym koszu na parterze budynku. Stamtąd ktoś je odbierze, zaniesie do budynku B2 i pozostawi w jednym z podziemnych korytarzy. W B2 pracuje jednocześnie mniej więcej 15 osób. Nie kontaktują się ze sobą, każdy ma własne laboratorium i własny zestaw elementów do złożenia. Gotowe maski i przyłbice wynoszą na korytarz i układają w pojemnikach. Stamtąd zostaną przewiezione do szpitali, pogotowia, straży miejskiej i policji. Covid-19 przekształcił AGH w manufakturę.
Manufaktura AGH, czyli załatać dziurę w systemie
Akcja AGH rozpoczęła się na początku marca z inicjatywy grupy studentów. Koordynacji podjął się Jacek Wesół, pracownik Katedry Automatyzacji Procesów. – Jak zwykle wkopali mnie studenci. Zadzwoniła studentka, pojawił się temat przyłbic. Okazało się, że Kraków w tym momencie już działa. 50, 60 osób drukowało w domach w ramach akcji „Przyłbica w koronie”. Dołączyliśmy więc do przedsięwzięcia, które było częściowo skrystalizowane. Poszły maile do władz uczelni, że drukarki stoją, i pytanie, czy można wejść i drukować. Dość szybko przyszła decyzja o uchyleniu zakazu pracy w laboratoriach, w ciągu kilku dni AGH się uruchomił. Zaczęliśmy drukować, druki zjeżdżały też z miasta, montaż zorganizowaliśmy w B2 – opowiada.
Moment był newralgiczny: służby medyczne regionu nie dysponowały wówczas praktycznie żadnymi środkami ochronnymi. Na AGH ruszyły 43 drukarki 3D, poza uczelnią ok. 70. AGH zaopatrywało się w materiał na własną rękę, inni wykorzystywali prywatne zapasy, akcję wsparła Fundacja Nauka i Kultura oraz publiczne zbiórki, dołączyły różne firmy – wycinały za darmo szybki do przyłbic, dostarczały filmament, a pracującym na AGH pizzę i makaron. W momencie szczytowym w prowizorycznej montowni na okrągło pracowały dwie zmiany po 15 osób każda. Zakładano, że jeżeli w grupie pojawi się podejrzenie wirusa, cała zmiana przechodzi kwarantannę, ale do dyspozycji jest jeszcze druga, więc praca nie staje.
Projekt przyłbicy montowanej z elementów drukowanych na drukarce 3D został opracowany i udostępniony open source przez czeskiego producenta drukarek 3D Prusa. Na pomysł przekształcenia masek nurków w maski medyczne, z którego korzysta krakowska akcja, wpadli natomiast Włosi. Maski do nurkowania są z reguły wygodne, nie powodują obtarć, wystarczy zamontować do nich specjalny adapter umożliwiający założenie filtra. Same maski można kupić w Decathlonie, jako filtr dobrze sprawdzają się popularne w odkurzaczach filtry HEPA, a adapter wystarczy wydrukować. Problem w tym, że jedna drukarka 3D jest w stanie zrobić w ciągu doby zaledwie osiem takich adapterów bądź podobną liczbę przyłbic. – Na początku udało się montować 100, potem 200, 400. Ucieszyliśmy się jednego dnia, że udało się zrobić 540 z montażem, a potem, jak popatrzyłem na statystyki, to się złapałem za głowę. Rano było zgłoszone zapotrzebowanie na 6 tys., a po południu już 10... – wspomina Wesół.
Czytaj także: Lekarz z pierwszej linii frontu: Idziemy na wojnę z pustymi rękami
W szczycie mobilizacji krakowska manufaktura była w stanie wytworzyć z elementów drukowanych w technologii 3D ok. 400 przyłbic medycznych na dobę. Tymczasem z jednej formy wtryskowej może powstać 2 tys. dziennie. Skąd ta różnica? Druk 3D to technika czasochłonna. Na początku tworzy się w specjalnym programie model, sam druk polega natomiast na nakładaniu materiału budulcowego warstwa po warstwie i jego selektywnym spajaniu. Wielkim plusem jest możliwość szybkiego zaprojektowania i wydrukowania pojedynczego, unikalnego obiektu z rozmaitych materiałów: od plastiku poprzez materiały organiczne, beton aż po czekoladę. Formowanie wtryskowe to natomiast technika klasyczna stosowana w masowej produkcji. Tworzy się formę, wtryskuje do niej uplastycznione tworzywo, które następnie zastyga. Z jednej formy można szybko uzyskać niemal nieograniczoną liczbę egzemplarzy. Ale stworzenie odpowiedniej formy wymaga dużych środków finansowych i czasu – jej opracowanie w normalnych warunkach może zająć nawet pięć tygodni.
Czytaj także: Jak będzie wyglądał świat z drukarki 3D
By uzupełnić dramatyczne braki w zaopatrzeniu służb medycznych w sprzęt ochronny – choćby przyłbice czy adaptery do masek tlenowych – wystarczyłoby, np. na poziomie ministerialnym, zamówić w specjalistycznej firmie stworzenie w trybie ekspresowym formy wtryskowej oraz zlecić hurtowe wyprodukowanie elementów. Taka opcja najczęściej jest jednak poza zasięgiem inicjatyw o charakterze lokalnym, tym bardziej oddolnych. Te rzuciły się do działań, których ze strony rządu zabrakło, ale musiały oprzeć je na pracy na drukarkach 3D, które nie są sprzętem przeznaczonym do masowej produkcji. Są niezastąpione przy tworzeniu prototypów, sprawdzają się też w sytuacjach awaryjnych. Na drukarce 3D można wydrukować implant, protezę bądź niestandardowy element, który nagle okazuje się potrzebny, żeby podtrzymać działanie jakiegoś ważnego urządzenia. W marcu awaria dotknęła całe społeczeństwo.
Krakowska akcja nie jest jedyną tego typu. Podobne pojawiły się w innych regionach Polski i w zasadzie tylko dzięki nim udało się załatać dziurę w dostawie środków ochronnych dla medyków w marcu i kwietniu. Manufaktura na AGH zaczęła działać jeszcze sprawniej, gdy do pospolitego ruszenia dołączyła firma Ule Wyrobek, która w tydzień opracowała formę wtryskową z materiału dostarczonego przez AGH. Pro bono.
Respirator za 200 zł. „From Poland with love”
Pod koniec marca zrobiło się głośno o polskich konstruktorach, którzy opracowali prototyp „respiratora ostatniej szansy” niemal w całości drukowalnego w technologii 3D i udostępnili jego dokumentację w open source. To Mateusz Janowski oraz zespół Urbicum (Szymon Chrupczalski, Szymon Bacher, Jan Pawlik, Maciej Żarnowski) od 19 marca wspólnie pracujący pod nazwą VentilAid. Stworzony przez nich prototyp jest projektem inżynierskim odwzorowującym działanie klasycznego respiratora. Po opublikowaniu filmu, w którym Szymon Chrupczalski w języku angielskim objaśnia koncept, do twórców zaczęli zgłaszać się specjaliści z całego świata, a wideo zostało przetłumaczone na kilkanaście języków. Kampanii medialnej towarzyszy hasło „From Poland with love”.
Teoretycznie każdy posiadający drukarkę 3D może teraz w 15 godzin wydrukować działający respirator, którego koszt zgodnie z doniesieniami nie przekroczy 200 zł. Teoretycznie też cała AGH-owska manufaktura może w kryzysowym momencie porzucić składanie przyłbic i masek i przestawić się na drukowanie tanich respiratorów. Na pewno byłoby to bardzo medialne. Niestety, gdyby taki scenariusz się sprawdził, znaczyłoby to, że zbliżamy się do awarii na miarę zombie apocalypse.
Czytaj także: Duch Adama Słodowego w narodzie nie gaśnie
Zaprezentowany respirator można bowiem uznać za „ostatnią szansę” tylko w przypadku, gdy pacjent chory na Covid-19 już się dusi, a nie ma pod ręką niczego innego, co mogłoby mu uratować życie. Respirator działa, ale nie jest pewne, na ile jest bezpieczny, może być więc użyty tylko w ostateczności. Najważniejsze zatem, żeby do takiego stanu nigdy nie dopuścić. Twórcy projektu wielokrotnie podkreślali, że ich celem nie jest wdrożenie tego konkretnego modelu, ale otwarcie specjalistycznej dyskusji i wytyczenie nowych ścieżek w walce z epidemią. Cel ten udało się osiągnąć, chociaż nie towarzyszy już temu tak wielki rozgłos jak w marcu.
– Po tym, jak w marcu zaprezentowaliśmy prototyp – mówi Bartosz Wilk, przedstawiciel firmy – odezwało się do nas wielu lekarzy anestezjologów i za ich radą odpuściliśmy prace nad tym respiratorem, bo okazało się, że nie są konieczne. Tak naprawdę nie jest potrzebne urządzenie do intubacji, które bardzo angażuje moce i czas personelu medycznego, ale coś prostszego, co będzie zapewniało analitykę stanu pacjenta, reagowało na zmiany jego zachowań oraz podawało tlen pod odpowiednim ciśnieniem i dostosowując się do stanu pacjenta, bo niestety Covid-19 powoduje nierównomierny oddech. Opracowanie czegoś takiego wymaga przede wszystkim złożonej pracy programistycznej.
Zgodnie z założeniem twórców „respirator za 200 zł” miał być punktem wyjścia do stworzenia czegoś, co będzie niedrogie, ale jednocześnie odpowie na problemy związane konkretnie z epidemią Covid-19. Chociaż prace nad prototypem nr 1 – jak nazywają go twórcy – ostatecznie zostały zarzucone, pozwoliły te problemy zdefiniować. Po konfrontacji z lekarzami pracującymi na pierwszej linii frontu okazały się nimi nie tyle brak klasycznych respiratorów, ile informacji oraz przeciążenie personelu.
W marcu pisaliśmy: Respiratory, czyli służba zdrowia traci oddech
VentilAid MKIII, prototyp zaawansowany
Zastosowanie inwazyjnego respiratora w walce z Covid-19 ma wysoką cenę. Do intubacji trzeba pacjenta uśpić, podać mu kroplówkę, a następnie jego stan bacznie obserwować – zwłaszcza że choroba, którą wywołuje wirus, ciągle jest nieprzewidywalna. Wymaga to ogromnego zaangażowania personelu. Tymczasem istnieją duże szanse, że dzięki zastosowaniu nieco innej strategii do intubacji w ogóle nie dojdzie. Doświadczenia lekarzy pokazały, że na pewnym etapie rozwoju choroby najistotniejsze jest podanie pacjentowi tlenu pod odpowiednim ciśnieniem, co nie wymaga intubacji, ale jednocześnie nie wystarczają do tego standardowe urządzenia, takie jak ambu bag, których użycie nie przyniosło oczekiwanego efektu. Zespół VentilAid opracował więc zupełnie nowy projekt: nie odwzorowuje on wszystkich funkcji respiratora, a jedynie te, które są niezbędne w momencie, w którym stan pacjenta jest już poważny, ale zniszczenia w płucach wywołane przez chorobę da się jeszcze powstrzymać bez doprowadzenia do kalectwa bądź śmierci. Tak zwany prototyp nr 3 jest nieinwazyjnym respiratorem działającym w trybie wentylacji CPAP/BiPAP. Dostosowuje podaż tlenu do rytmu oddechu pacjenta i precyzyjnie monitoruje jego stan, alarmując o wszystkich zmianach.
Czytaj także: Dokąd pędzi pani Zofia. Reporter na OIOM-ie
– W Lombardii największym problemem nie był brak respiratorów, ale personelu, który musiał doglądać intubowanych. Stąd pomysł, żeby na tyle szybko podać pacjentowi tlen pod odpowiednim ciśnieniem, żeby do tak poważnego stanu nie doprowadzić. Dodatkowo urządzenie będzie obserwowało oddech pacjenta i w razie czego szybko dawało sygnał lekarzowi lub pielęgniarzowi, którzy nie będą musieli chodzić między łóżkami, tylko dostaną informację w aplikacji na smartfonie lub tablecie – tłumaczy Wilk.
Prostota, informacja oraz bezinwazyjność urządzenia znacznie usprawniają pracę personelu w porównaniu z użyciem klasycznych respiratorów, a dobra diagnostyka jest na wagę złota w badaniach nad przebiegiem choroby, która ciągle pozostaje tajemnicza. Urządzenie z założenia jest proste, tanie i możliwe do wyprodukowania z materiałów łatwo dostępnych nawet w krajach Globalnego Południa. Elementów do respiratora nie trzeba wykonywać w technologii druku 3D, obliczony jest na masową produkcję z użyciem formy wtryskowej. Jednak to właśnie możliwość szybkiego wydrukowania i fizycznego przetestowania kilkudziesięciu wariantów różniących się rozmaitymi parametrami pozwoliła inżynierom na błyskawiczne znalezienie najbardziej optymalnego rozwiązania. – Można było fizycznie sprawdzić mnóstwo wariacji. W czasie gdy specjaliści opracowywali jedną, my testowaliśmy kilkadziesiąt prototypów. W takich warunkach druk 3D jest niezastąpiony – mówi Bartosz Wilk. Gotowe urządzenie udało się dostarczyć w trzy tygodnie, bez możliwości błyskawicznego prototypowania zajęłoby to długie miesiące.
Czytaj także: Polski projekt – bioniczna trzustka
Zdążyć przed apokalipsą
O ile szersze zastosowanie prototypu nr 1 zakłada tak czarny scenariusz, że lepiej o nim nie myśleć, o tyle prototyp nr 3 z założenia ma zostać przekształcony w projekt rynkowy. Obecnie prowadzone są intensywne testy medyczne, choć wciąż brakuje na nie środków. Firma startuje w konkursach grantowych, uruchomiła także zbiórkę publiczną. Autorzy projektu optymistycznie przewidują, że badania zostaną zakończone w maju. Nie oznacza to jednak, że respiratora będzie można użyć w Polsce. Zgodnie z prawem dopuszczone do użytku są jedynie produkty certyfikowane, a uzyskanie certyfikatu to nawet nie miesiące, a lata starań i ogromne koszty. Obecny projekt zakłada użycie materiałów dostępnych powszechnie także w regionach biedniejszych i słabo uprzemysłowionych. Procedura wymaga jednak certyfikacji każdego z elementów respiratora, co wyklucza się z konceptem maksymalnej dostępności. Oczywiście to, że certyfikacja w Polsce zabiera lata, nie oznacza, że tak będzie w każdym innym kraju. Dla VentilAid nie jest to jednak teraz sprawa najważniejsza. Obecnie chodzi o uzyskanie pewności co do bezpieczeństwa, a potem na tyle szybkie wdrożenie produkcji, żeby udało się sprzęt dostarczyć do krajów, w których potrzebny jest tak bardzo, że na certyfikaty nikt się nie ogląda. Do twórców codziennie przychodzą alarmujące wiadomości: – Mamy bardzo dużo maili z takich krajów jak Malezja, Filipiny, Brazylia. Lekarze stamtąd piszą, że nic nie mają, są w tragicznej sytuacji. Zimbabwe dysponuje czterema respiratorami na cały kraj, nie znają tam skali zachorowań, bo nie ma pieniędzy na testy. Skoro kraje wysokorozwinięte i bogate (a Polska mimo wszystko takim jest) sobie z tym nie radzą, to co z nimi? – pyta przedstawiciel VentilAid.
Ewa Siedlecka: Etyka respiratora
Kraje europejskie powoli wydobywają się z największego kryzysu, w Polsce współczynnik zachorowań zaczyna spadać, chociaż obawy przed drugą, jesienną falą epidemii są uzasadnione. Jednak apokalipsa ma już miejsce. W Indiach jedna z dużych firm rozpoczęła testowanie przygotowanego przez VentilAid prototypu nr 1. Drukarki 3D poszły w ruch.