مأموریت مشترک پزشکان و متخصصان مهندسی در ضد عفونی، تشخیص و درمان COVID-19 کدامست؟
برای کمک به پزشکان و پرستاران، مهندسان در پشت صحنه، در حال نوآوری در زمینه تجهیزات و فناوری پزشکی جهت نجات دادن زندگی انسانها هستند.
ویروس هایی، مانند COVID-19، هنوز هم یک هدف گریزان برای کادر پزشکی و کارمندان مراقبت های بهداشتی هستند. در حالی که پزشکان و دانشمندان پیگیری آنها را در مدنظر خود قرار داده اند، مهندسین در حال آماده سازی سلاح هایی هستند تا متخصصان پزشکی قادر باشند توسط آنها، ویروس را مورد هدف قرار داده و به درمان بیماران مبتلا بپردازند.
در همان حال که متخصصان مراقبت های بهداشتی در بیمارستان ها، زندگی خود را برای کمک به بیماران، تحت فشار قرار می­دهند، مهندسان در پشت صحنه کار می­کنند تا به این پزشکان و پرستاران در زمینه تولید تجهیزات پزشکی و نجات بیماران کمک دهند.
مهندسان قادرند اثرات همه گیر کرونا ویروس را از طریق دستگاه هایی که طراحی می­کنند، کاهش دهند. در ادامه چند روش کار توضیح داده می­شود.

ربات های ضد عفونی کننده چه نقشی در مقابله با کووید ۱۹ دارند؟
مهندسان براین باورند که وقتی یک ربات می­تواند کار خطرناکی را انجام دهد، چرا از یک انسان برای این کار استفاده کنیم؟ این تفکر، فلسفه پشت ایجاد ربات ضد عفونی کننده است، ربات هایی که برای کار در محیط های سازگار با ویروس های بیماری زا طراحی شده اند.
در مقاله های گذشته، بحث بر این بوده است که چگونه دستگاه های هوش مصنوعی به ما کمک می­کنند تا یک قدم جلوتر از COVID-19 بمانیم. از جمله آنها، یک دستگاه قابل حمل هوش مصنوعی در خارج از دانشگاه ماساچوست Amherst است که به محققان کمک می­کند تا داده های بهداشتی را برای پیش بینی بیماری همه گیر جمع کنند.
اکنون حتی ربات های ضد عفونی کننده، در سطح سخت افزاری با فناوری جمع آوری داده­ها، آمیخته شده اند.

چگونه از هوش مصنوعی برای خدمت رسانی در اتاق های قرنطینه استفاده می­گردد؟
ربات Boxer-8110AI، رباتی نیست که با بیماری مبارزه کند. در عوض، این ربات، یک ابزار مبتنی بر هوش مصنوعی است که به منظور فراهم کردن مغز متفکر در پشت ربات ها و سایر دستگاه هایی که در یک پکیج بسته کار می­کنند، تعریف شده است. فناوری این ربات، به عنوان نقطه ای تعریف می­شود که ماشین های ساخته شده توسط انسان به طور مستقیم با سایر دنیای فیزیکی ارتباط برقرار می کنند.
تصویر زیر ربات  Boxer-8110AIکه از Aaeon گرفته شده را نشان می­دهد.

ربات Boxer-8110AI از Aaeon

ربات Boxer-8110AI توسط Jetson TX2 شبیه سازی شده است، که امکان بهره گیری از چارچوب های مهم یادگیری عمیق و استنتاج های هوش مصنوعی مانند MXNet ، Caffe2 و TensorFlow را فراهم می­کند.
اولین ربات هایی که با استفاده از این ابزار قدرتمند توسعه داده شده اند، برای انجام کارهای سرویس اتاق­های هتل طراحی شده اند.
اما اکنون، در میان همه گیری های COVID-، الکس هسوئه از AAEON توضیح می­دهد که: “AAEON در حال حاضر با توسعه دهندگان و مشتریان همکاری می­کند تا از این ربات به عنوان یک راه حل مشابه هتل­ها، در بیمارستان ها استفاده شود. این رباتها در بیمارستان­ها استقرار یافته و وظیفه تحویل مواد غذایی و سایر مواد به اتاق های قرنطینه را برعهده دارند.”

ربات نابود کننده میکربها، چگونه کار می­کند؟
از ربات Xenex LightStrike  که از آن به عنوان Germ-Zapping یا نابود کننده میکربها، یاد می­شود، در جنگ بی پایان علیه عفونت های بیمارستانی (HAIs) استفاده می­گردد. این ربات از طریق طیف نور اشعه ماوراء بنفش یا UV-C به ویروس ها آسیب می­رساند.
تصویر زیر که از  Xenex گرفته شده، ربات نابود کننده میکربها می­باشد

ربات Xenex LightStrike

اشعه ماوراء بنفش، ویروس ها را از طریق چهار روش فوق العاده کشنده، از بین می برد. این روش­ها در مقاله­ای در رابطه با ربات نابود کننده میکرب­ها توضیح داده شده است. نور UV-C برای افراد نیز بسیار خطرناک است. بنابراین ربات به سنسورهایی مجهز شده است تا هرگونه حضور انسان را ثبت و سریعاً خود را خاموش کند. بر خلاف پیشگیری از نظر شیمیایی یا بیولوژیکی ، به محض از بین رفتن ویروس ها و خاموش شدن دستگاه، هیچ خطری برای انسان باقی نمی­ماند.

پیشرفت تولید دستگاه های تشخیصی به چه میزان است؟
جدای از توسعه ربات­ها، مهندسان همچنین در حال گسترش دستگاههای تشخیصی برای COVID-19 هستند. هدف از این دستگاه ها، سرعت بخشیدن به روند آزمایش برای تشخیص بیماران احتمالی COVID-19، است. این دستگاه ها سرعت تشخیص را به مدت کم یا چند روز طول کاهش می­دهد.

نحوه کار آزمایشگاه قابل حمل بر روی تراشه چگونه است؟
دانشمندان وابسته به گروه مهندسی برق دانشگاه سینسیناتی از فناوری “یک آزمایشگاه بر روی تراشه” برای تولید یک دستگاه در ابعاد توستر استفاده کرده اند که به سرعت آزمایش COVID-19 را انجام می­دهد. در دستگاههای آزمایشگاهی بر روی تراشه، از یک روش شناختی معروف به مایکروفِلودیک یا ریزسیالی استفاده شده، که مبتنی بر MEMS است.
این دستگاه مقادیر کمی از مایعات را از طریق دستگاههای از نوع IC جابجا می کند. در اینصورت از داخل تراشه، می توان از وجود شاخص هایی مانند ویروس COVID-19 اطمینان حاصل کرد.
سازنده این دستگاه، جِی هان ادعا می­کند که: “این دستگاه قابل حمل می­تواند مایعات بدن را آزمایش کرده و به سرعت COVID-19 را با استفاده از یک تقویت کننده DNA شناسایی نماید. با این دستگاه کوچک قابل حمل، وجود COVID-19 را می توان طی یک ساعت تأیید کرد. این روش، بسیار سریعتر از تست های سنتی است که با استفاده از ابزارهای حجیم در یک آزمایشگاه می­تواند تا سه ساعت طول بکشد.
تصویر زیر که از دانشگاه سینسیناتی گرفته شده، دستگاه آزمایش MiCo BioMed را نشان می­دهد که برای تشخیص COVID-19 به کار می­رود. توسعه دهندگان آن به دنبال گرفتن تأیید FDA می­باشند.

دستگاه آزمایش MiCo BioMed

هر آزمایشی می­تواند حداکثر شش نمونه را در یک ساعت یا بیش از صد و چهل نمونه را در روز آزمایش کند. نتایج در همان محل حاصل می­شود و نیازی به خارج کردن نمونه جهت بردن به آزمایشگاهی دور از دسترس نمی­باشد.

چگونه از فناوری میکروسیالی برای تعیین توالی DNA COVID-19 استفاده می­شود؟
شرکت MGI یک پلت فرم ژنتیک است که سیستم توالی DNA را توسعه داده است. این سیستم توسط آزمایشگاه ملی محصولات پزشکی برای آزمایش COVID-19 تأیید شده است.
کارگاه تحقیقاتی SkyWater، مستقر در ایالات متحده، در حال تهیه فن آوری مهم میکروسیالی است که MGI به عنوان یک مؤلفه مهم برای ردیاب ژنتیکی DNBSEQ-T7 خود نیاز دارد.
این ورودی، ابزاری برای DNBSEQ-T17 خواهد بود که به عنوان یک توالی سنج سریع COVID-19 مورد استفاده قرار می­گیرد.
توماس سوندِرمن، مدیرعامل SkyWater در این باره اینگونه توضیح می­دهد: “از آنجا که نگرانی ها در مورد همه گیری جهانی کروناویروس افزایش می­یابد، فشار کار بر این است که آزمایشات سریع تر و با دستیابی بیشتری انجام شود. ما خوشحالیم که با شرکت بزرگ ژنومی MGI همکاری می­کنیم و به عنوان یک تولید کننده ایالات متحده در ارائه راه حل های مهم فناوری در تشخیص COVID-19، نقش مهمی ایفا می­نماییم. ”

تولید دستگاه های ونتیلاتور در چه مرحله­ای است؟
هیچ وسیله ای در درمان COVID-19 مهمتر از ونتیلاتورها نیست. موسسات پزشکی در سراسر جهان به صورت یکسان گرفتار شده اند، و در تهیه این وسایل حیاتی از نظر دسترسی در مضیقه هستند. مهندسان برای جبران معضل کمبود دستگاه­ها، در حال مسابقه بدون توقف برای تولید هر چه بیشتر هستند.
برخی از مهندسان در تعدادی از پروژه ها برای تولید ونتیلاتورها شرکت می­کنند. گروه­های دیگری در حال تهیه PCB برای ونتیلاتورها هستند.

توزیع گسترده PCB برای ونتیلاتورهاچگونه انجام می­گردد؟
یكی از تخصصهای شرکت الکترونیکی Würth  تولید PCB برای استفاده در دستگاههای ونتیلاتورها قابل حمل و متمرکز است. دولت آلمان از شرکتWürth  خواسته تا کار خود را بر روی تولید PCB های مخصوص دستگاه های ونتیلاتور، متمرکز کند.
توماس بِک، مدیر عامل فروش و بازاریابی این شرکت می­گوید: “با تلاش سه مرکز تولیدی ما در آلمان، ما می­توانیم توسط PCB، در مدت کوتاهی محصولات ونتیلاتوررا در طیف گسترده ای از فناوری ها تهیه کنیم.”
او ادامه می­دهد: “ما در شرایطی هستیم که سفارشات را در مدت کوتاهی بپذیریم، آنها را به راحتی تولید کنیم و با اطمینان به آنها تحویل دهیم. شرکت Würth به عنوان یکی از تولید کنندگان برجسته PCB در اروپا، می­تواند سهم ارزنده ای در تأمین زنجیره محصولات اورژانس پزشکی داشته باشد.”

چگونه می­توان تولید ونتیلاتور را افزایش داد؟
یک کلاس کارشناسی دانشگاه MIT، در یک دهه پیش، طرحی را برای ونتیلاتور ساده ای با منبع باز و کم هزینه منتشر کرده است. براساس پروژهای انجام شده این دستگاه با قیمت حدود ۱۰۰ دلار ساخته می­شود.
در تصویر زیر که از MIT گرفته شده، دستگاه ونتیلاتور اورژانسیMIT ، نشان داده شده است.

دستگاه ونتیلاتور اضطراری MIT

هسته اصلی مکانیکی این دستگاه ساده است. کیسه ماسک شیردار آن کاملا مکفی است. در تصویر بالا، کیسه ماسک شیردار یا “کیسه Ambu” قسمتی است که رنگ آبی دارد.
در روش معمول، کیف های آمبو ابزار اضطراری هستند که با دست پمپ می­شوند. در طراحی MIT، آنها با استفاده از موتور برقی پمپ می­شوند.
دستگاه ونتیلاتور جدید MIT جایگزینی برای دستگاههای آزمایش شده و تنظیم شده، که اکنون در بیمارستانهای مدرن مورد استفاده قرار می­گیرند، نیست. اما آنها می­توانند به سرعت ساخته و توزیع شوند، که با افزایش موارد کروناویروس یکی از اولویت­های اصلی محسوب می­شود.

چگونه می­توانید دستگاه­های جدید خود را معرفی کنید؟
آیا شما در حال کار بر روی دستگاه هایی هستید که به طور مستقیم با همه گیری کرونا ویروس ارتباط دارند؟ آیا تلاشهای شما به فناوری تشخیصی یا درمانی تبدیل شده است؟ یا اینکه طرح های شما به توسعه روش های دیگری کمک کرده است؟ تجربیات خود را با این وبسایت به اشتراک بگذارید.