Im Rennen der NASA um den Bau eines Beatmungsgeräts in 37 Tagen

Es begann mit einem zufälligen Treffen in der Cafeteria des Jet Propulsion Lab (JPL).

Ein leitender Ingenieur traf Anfang März auf JPLs Chef der Direktion für Ingenieurwesen und Wissenschaft, und während sie über aktuelle Ereignisse diskutierten, fragten sie sich laut, ob JPL auf irgendeine Weise zum Kampf gegen das Coronavirus beitragen könnte. Sie schickten eine E-Mail mit der Frage, ob jemand Ideen hätte oder freiwillig helfen würde, und bald versammelte sich ein ganzes Team von Ingenieuren.

Das Ergebnis dieses zufälligen Treffens ist ein Prototyp eines Beatmungsgeräts zur Unterstützung der Atmung kritisch kranker COVID-19-Patienten, das in nur 37 Tagen entwickelt wurde. Der Prototyp wurde von der Food and Drug Administration (FDA) genehmigt, was bedeutet, dass er jetzt hergestellt und versendet werden kann, um den chronischen Mangel an Beatmungsgeräten in US-Krankenhäusern zu lindern.

JPL VITAL IngenieureEinige der Dutzenden von Ingenieuren, die an der Erstellung eines Beatmungsprototyps beteiligt waren, der speziell auf COVID-19-Patienten im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien ausgerichtet war. Der Prototyp mit dem Namen VITAL (Ventilator Intervention Technology Accessible Local Local) wurde im März und April in 37 Tagen erstellt. NASA / JPL-Caltech

Die Reise war für die beteiligten Ingenieure emotional, wie Chris Yahnker, einer der ersten Freiwilligen, die sich dem Projekt anschlossen, gegenüber Digital Trends erklärte.

"Es gibt Zeiten, in denen wir alle eine Träne vergossen haben", sagte er. "Es gibt nicht viele Male in Ihrer Karriere, in denen Sie wirklich sagen können: 'Ich habe einen echten Unterschied gemacht.'"

Von Weltraumrobotern bis zu medizinischen Beatmungsgeräten

Yahnker, der Gruppenleiter für Extremumgebungsrobotik bei JPL, entwirft normalerweise Roboter für die NASA, um die rauen Umgebungen von Mars, Venus, Europa und darüber hinaus zu erkunden. Als er jedoch eine E-Mail über das neue Projekt erhielt und fragte, ob sie ein Beatmungsgerät aus Teilen bauen könnten, die im Haus oder im örtlichen Baumarkt gefunden wurden, wusste er, dass er sich engagieren wollte.

Am ersten Wochenende arbeitete er in seiner Garage herum und überlegte sich mit zwei oder drei anderen Leuten jede wilde Idee, die ihm einfiel - von der Verwendung von Plastikwasserflaschen bis zur Verwendung der Pumpe einer Luftmatratze.

In der nächsten Woche erkannte das Team, dass es die Möglichkeit hatte, etwas zu schaffen, das den Menschen wirklich helfen kann. Kurz bevor die JPL-Mitarbeiter zur Fernarbeit nach Hause geschickt wurden, konsultierten die Ingenieure einen Experten für Atemwegserkrankungen aus einem nahe gelegenen Krankenhaus, der die Einzelheiten erläuterte, was Ärzte insbesondere für Coronavirus-Patienten mit einem Beatmungsgerät benötigten.

Ingenieure des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien bereiten den Versand eines Beatmungsgerät-Prototyps vorIngenieure des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien bereiten den Versand eines Prototyp-Beatmungsgeräts für Coronavirus-Patienten an die Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York vor. NASA / JPL-Caltech

Dies löste bei anderen JPL-Ingenieuren großes Interesse aus und bildete mit Unterstützung von Dutzenden anderen, die mit erstaunlicher Geschwindigkeit an der Entwicklung eines neuen Beatmungsgeräts arbeiteten, ein Kernteam aus sieben oder acht Mitarbeitern.

Einen Unterschied machen

Die Entwicklung eines Beatmungsgeräts ist eine Sache. Aber etwas zu entwerfen, das den FDA-Richtlinien entspricht und das genehmigt und schnell eingeführt werden kann, war etwas ganz anderes. Schließlich war ein Design wenig nützlich, wenn es nicht sofort in Krankenhäusern eingesetzt werden konnte.

Ein weiteres wichtiges Anliegen des Teams war, dass es die Lieferkette bestehender Beatmungsgerätehersteller nicht verlassen wollte - es wäre sinnlos, ein neues Beatmungsgerät zu entwickeln, wenn es mit herkömmlichen Beatmungsgeräten um eine begrenzte Teileversorgung konkurrieren würde. Deshalb suchten sie nach Teilen aus Branchen wie der Schweißindustrie, die billig und leicht verfügbar waren und die Herstellung anderer Ventilatoren nicht beeinträchtigten.

Sie wollten auch sicherstellen, dass das Beatmungsgerät mit oder ohne Krankenhausgasversorgung verwendet werden kann, und entwickelten daher zwei Entwürfe - einen für den Einsatz in Krankenhäusern mit verfügbaren Gasleitungen und einen eigenständigen für den Einsatz in Notfällen.

Und obwohl ihr Fokus zunächst auf der Bereitstellung von Beatmungsgeräten für die USA lag, wollten sie auch sicherstellen, dass die Beatmungsgeräte international eingesetzt werden können, sodass das Design die weltweit unterschiedlichen elektrischen Spannungen und Frequenzen berücksichtigen musste.

Das VITAL-Beatmungsgerät der NASAVITAL (Ventilator Intervention Technology Accessible Local) ist ein neues Hochdruckbeatmungsgerät, das von der NASA entwickelt und auf die Behandlung von Coronavirus-Patienten zugeschnitten wurde. NASA / JPL-Caltech

Wie kann man sich einer solchen Herausforderung stellen? So unterschiedlich das Entwerfen von Robotern zur Erkundung der eisigen Monde des Jupiter und das Entwerfen eines medizinischen Geräts zur Unterstützung der Atmung auch sein mag, in gewisser Weise kann ein ähnlicher Ansatz auf beide angewendet werden. Die grundlegenden Fragen - Was muss dieses Gerät tun? Was sind die Anforderungen? - gleich bleiben.

„Wir haben einen sehr ähnlichen Ansatz gewählt, wie wir normalerweise Dinge entwerfen“, erklärte Yahnker. „JPL ist ein großer Systementwickler. Das machen wir wirklich gut. Wir denken über das Problem nach, wir denken über alle Interaktionen nach, wir denken über die Unterkomponenten des Systems nach und wie sie zusammenarbeiten, und dann schreiben wir eine Reihe robuster Anforderungen. Wir haben hier viel von dem gleichen Prozess verfolgt. “

Ein persönlicher Einfluss

Der größte Unterschied zwischen einem typischen JPL-Projekt und diesem war jedoch der Zeitrahmen. NASA-Projekte sind in der Regel über Jahrzehnte geplant, wobei Redundanzen, Backup-Eventualitäten und langfristige Planung mit größter Sorgfalt berücksichtigt werden. Die Ventilatoren mussten so schnell wie möglich erstellt werden, was einen radikalen Wechsel in eine iterierende Denkweise bedeutete.

"Die meisten von uns sind in die Technik eingestiegen, weil wir etwas bewirken wollten", sagte Yahnker. "Und für JPL in der Weltraumforschung zu arbeiten ist cool und man macht einen großen Unterschied in der Welt." Aber es kann Jahrzehnte dauern, bis diese Dinge verwirklicht werden. Dies war eine ganz andere Erfahrung. Es bewegt sich sehr schnell und der Bedarf ist real. Was Sie heute tun, wirkt sich am unmittelbarsten auf der Welt aus. “

Ärzte geben nach dem Testen eines Beatmungsgerät-Prototyps einen Daumen hochÄrzte der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York geben nach dem Testen eines Beatmungsgerät-Prototyps, der vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien entwickelt wurde, einen Daumen hoch. Icahn School of Medicine am Mount Sinai, New York City

Insbesondere das Gespräch mit Ärzten an vorderster Front hat deutlich gemacht, wie wichtig es ist, Geräte bereitzustellen und wie die Schaffung eines effizienteren Designs wirklich Leben retten kann. „Du fühlst dich wirklich gut bei dem, was du tust. Es macht die langen Stunden von 10 bis 12 Stunden pro Tag schmackhafter, nicht nur für mich, sondern auch für meine Familie, die fragen, wie lange ich in meinem Heimbüro verbringen werde. Wenn du ihnen die Arbeit zeigst, die du machst, und den Unterschied, den du in der Welt machst, fühlt es sich gut an. “

Der gesamten Menschheit helfen

Mit dem von der FDA zugelassenen Beatmungsgerät bietet die NASA das Design als kostenlose Lizenz an. Jetzt muss das Team nur noch einen Hersteller finden, der mit der Herstellung der Beatmungsgeräte und deren Bereitstellung für Krankenhäuser beginnt.

Die Geräte sind jetzt nützlich und wichtig, aber sie sind auch ein Hinweis darauf, was eine kleine Gruppe entschlossener Menschen in Krisenzeiten tun kann.

Bei Bedarf sind Ingenieure wie Yahnker und seine JPL-Kollegen bereit und in der Lage zu helfen.

"Wenn wir bereit sein können, wenn, Gott bewahre, in Zukunft etwas Ähnliches passiert, dann sind wir alle im Spiel - dafür zu sorgen, dass wir der gesamten Menschheit helfen können", sagte Yahnker.