حمید ناصری و مهدی رباطی دو تن از دانشجویان بورسیه بنیاد حامیان دانشگاه تهران که پایان‌نامه آنها در خردادماه 1400 به‌عنوان برترین پایان‌نامه سال ۱۳۹۹ توسط انجمن مهندسان مکانیک ایران انتخاب شد، در گفت‌وگو با خبرنگار بنیاد حامیان دانشگاه تهران درباره چگونگی ساخت دستگاه کمک‌تنفسی مُمِد و چالش‌های آن گفتند.
به گزارش روابط عمومی بنیاد حامیان دانشگاه تهران پایان‌نامه مذکور به ضرورت وضعیت کرونایی و کمبود دستگاه‌های تنفسی در بیمارستانها پرداخته است و حاصل آن دستگاهی به نام مُمِد است که فرآیند تنفس مصنوعی با کمک دستگاه آمبوبگ را اتوماتیک می‌کند. طراحان و سازندگان این دستگاه، دو تن از دانشجویان دوره دوم بورسیه برتر بنیاد حامیان دانشگاه تهران بوده‌اند که اکنون در گفت‌وگو با خبرنگار بنیاد، از چالش‌های پیش روی خود در این مسیر دشوار سخن گفته‌اند که مشروح این مصاحبه در پی می‌آید.
حمید ناصری دانشجوی برتر بنیاد حامیان و سازنده دستگاه کمک‌تنفسی مُمِد: در دوره سختی هستیم، باید به نوبه خود کمک کنیم این دوران سریع‌تر سپری شود.
خودتان را معرفی کنید و لطفا در مورد طرح مُمِد کمی بیش‌تر برایمان توضیح دهید.
ناصری: حمید ناصری هستم دانشجوی کارشناسی ارشد گرایش طراحی کاربردی دانشگاه صنعتی شریف و دانش‌آموخته مقطع کارشناسی دانشگاه تهران. پروژه مُمِد مربوط به پایان‌نامه مقطع کارشناسی‌ام در دانشگاه تهران بود. پروژه مُمِد، پروژه مشترک من و آقای رباطی، تحت نظر دو تن از استادان دانشگاه تهران انجام شد. مُمِد با توجه به اپیدمی کرونا تعریف شد؛ نمونه‌های خارجی مشابه مُمِد نیز وجود دارد که به آنها ونتیلاتور اورژانسی گفته می‌شود.
باتوجه به اینکه نیاز به دستگاه‌های کمک تنفسی در دوران همه‌گیری کرونا شدیدا افزایش پیدا کرده بود و تعداد ونتیلاتورهای موجود در داخل کشور و توان برای تولید ونتیلاتورها، کمتر از نیاز بود، احتیاج به دستگاه‌هایی داشتیم که نیاز به ونتیلاتور را در مرحله ابتدایی مانند بیمارستان صحرایی یا درون منازل برطرف کند.
ما در طی انجام این پروژه نمونه‌های خارجی را رصد کردیم و تا جای ممکن نمونه‌ها را از نظر سیستم‌های الکترونیکی و مکانیکی بهبود دادیم و در نهایت یک نمونه اولیه از آن را ساختیم و از نظر کارایی تا حدی آن را محک زدیم.
رباطی: مهدی رباطی هستم فارغ‌التحصیل کارشناسی مهندسی مکانیک دانشگاه تهران و در حال حاضر هم دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد همین رشته در دانشگاه تهران در گرایش طراحی کاربردی (زیر گرایش دینامیک، کنترل و ارتعاشات) هستم.
درباره طرح دستگاه کمک تنفسی اورژانسی به نام مُمِد توضیح دهید.
رباطی: پروژه‌ی پایان دوران کارشناسی من یک دستگاه کمک‌تنفسی به نام مُمِد بود. مشکلی که به یکباره در دو سال اخیر در دنیا به وجود آمد، همه‌گیری کووید19 بود. این همه‌گیری باعث شد در یک برهه از زمان به یک دستگاه کمک‌تنفسی نیاز پیدا کنیم.
قبلا در بیمارستانها دستگاهی به نام ونتیلاتور داشتیم که این دستگاه کار تنفس را برای بیمار انجام می‌داد، دستگاه توسط یک لوله به ریه فرد بیمار بیهوش متصل می‌شد و به‌جای فرد بیمار کار تنفس را انجام می‌داد. در حالت عادی تعداد بیمارانی که به ونتیلاتور احتیاج پیدا می‌کنند کم است؛ اما در دوران کرونا تعداد زیادی از افراد دچار بیماری‌های حاد تنفسی شدند و تقاضا برای دستگاه‌های کمک‌تنفسی به شدت افزایش یافت.
با این آمار صعودی نیاز به ونتیلاتور به صورت جهانی افزایش یافت؛ برای مثال در آمریکا تخمین زده شد 300 هزار دستگاه ونتیلاتور مورد نیاز است درحالی‌که تعداد دستگاه‌های موجود خیلی کمتر بود. شرکت‌های سازنده ونتیلاتور نیز اقدام به افزایش توان تولیدی ونتیلاتورهای خود کردند، اما این افزایش تولید نتوانست به طور کامل نیازهای موجود را برطرف کند. دستگاه ونتیلاتور اهمیت بسیار بالایی دارد.
این دستگاه باید قابلیت اطمینان بالایی داشته باشد؛ از آنجایی که بیمار در مدت طولانی برای تنفس به این دستگاه احتیاج پیدا می‌کند، نیاز است که مطمئن شویم دستگاه در حین عمل از کار نمی‌افتد. پروسه ساخت و تست دستگاه ونتیلاتور بسیار پیچیده است. پیچیدگی ساخت و تست ونتیلاتور مدت زمانی را که باید برای ساخت آن بگذاریم نیز طولانی می‌کند. همچنین هزینه ساخت آن را نیز بالا می‌برد.
هزینه خرید هر ونتیلاتور حدود 20000 دلار تخمین زده می‌شود. پویشی که در جهان به وجود آمد استفاده از دستگاه‌های ساده‌تر برای انجام تنفس بیماران تا قبل از موجود شدن دستگاه‌های ونتیلاتور بود. کمبود ونتیلاتور به حدی بود که در ایتالیا گفته می‌شد کادر درمان باید میان افرادی که به ونتیلاتور متصل می‌شدند بر اساس شاخص‌هایی مانند سن و وضعیت بیماری انتخاب می‌کردند. به این صورت یک نفر جانش را از دست می‌داد و دیگری برای استفاده از خدمات مناسب درمانی انتخاب می‌شد.
برای حل این مشکل ایده استفاده از یک دستگاه کمک‌تنفسی ساده‌تر که عمل تنفس را برای مدت کوتاهی برای بیمار انجام دهد و کارایی کمتر از ونتیلاتور داشته باشد مطرح شد. این دستگاه باید در حدی کارایی داشته باشد که بیمار را تا آزاد شدن دستگاه ونتیلاتور زنده نگه دارد. ایده‌های مختلفی برای تنفس مصنوعی مطرح شد. یک از ایده هایی که از سمت گروهی در دانشگاه MIT مطرح شد استفاده از آمبوبگ بود. آمبوبگ دستگاهی است که پرستاران و کادر درمان برای تنفس مصنوعی در مدت‌های کوتاه از آن استفاده می‌کنند. یکی از مواردی که از این دستگاه استفاده می‌شود زمانی است که بیماران می‌خواهند به دستگاه ونتیلاتور متصل شوند. پرستار با استفاده از آمبوبگ برای چند دقیقه به بیمار تنفس می‌دهد. آمبوبگ ها در شرایط بحرانی در آمبولانس‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. آمبوبگ به وفور در بیمارستانها و مراکز درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در آمریکا به ازای هر تخت یک آمبوبگ وجود دارد، این مقدار در ایران به ازای هر چند تخت یک آمبوبگ است.
با استفاده از پروسه اتوماتیک کردن آمبوبگ (فشار به‌جای دست با استفاده از دستگاه انجام شود)، این دستگاه می‌تواند برای چند دقیقه، چند ساعت و چند روز به بیمار برای تنفس کمک کند. ساخت این دستگاه در ایران مشکلات زیادی داشت؛ برای مثال قطعاتی که در دستگاه پیشنهادی دانشگاه MIT مورد استفاده قرار گرفت قطعات سفارشی‌ساز بودند. موتور مورد استفاده موتور خاصی بود که تنها توسط یک شرکت آمریکایی تولید می‌شد و امکان دسترسی به آن در ایران وجود نداشت. چرخ‌دنده‌های به کار رفته نیز استاندارد نبوده و جز چرخ‌دنده‌های خاص بودند و امکان دسترسی به آنها میسر نبود. علاوه بر اینها، بزرگ‌ترین مشکل دستگاه پیشنهادی دانشگاه MIT در روند کنترلی بود.
در این دستگاه با عدم در نظر گرفتن امپدانس ریه افراد، فرض شده بود که ریه همه بیماران شبیه به هم است و پارامترهای یکسانی دارد؛ در حالی که در واقعیت پارامترهای ریه افراد با یکدیگر متفاوت است. در طراحی‌هایی که ما مورد بررسی قرار دادیم تقریبا همگی این فرضیه غلط را به کار برده بودند که البته برای دستگاه اورژانسی قابل قبول است اما بهتر است در نظر گرفته شود. در این طرح ما سعی کردیم همه مشکلات موجود را حل کنیم برای مثال برای حل مشکل موتور، از استپرموتور ساخت شرکت لیدشاین استفاده کردیم. این موتور در سراسر دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرد و دسترسی به آن سخت نیست. همچنین از چرخ‌دنده‌ها، پولی‌ها و تسمه‌های استاندارد موجود استفاده کردیم. استفاده از قطعات استاندارد باعث شد تا قیمت نهایی نمونه کاهش پیدا کند و همچنین امکان ساخت دستگاه در همه جای دنیا فراهم شود. برای حل مشکل روند کنترل، ما با استفاده از سنسور از کنترل حلقه‌بسته استفاده کردیم. یک سنسور جریان هوا و یک سنسور فشار روی خروجی آمبوبگ قرار دادیم که مقادیر جریان هوا و فشار را به یک میکروکنترلر منتقل می‌کنند. در آنجا با توجه به کنترلر دیجیتالی که ما طراحی کرده‌ایم، سرعت موتور تعیین می‌شود تا مقدار هوای ورودی به ریه فرد تنظیم شود. بعد از طراحی‌های مکانیکی وارد پروسه طراحی‌های الکترونیکی شدیم.
همانطور که گفتیم دستگاه ما یک بورد الکترونیکی، یک میکروکنترلر، چندین سنسور، استپر موتور و … دارد. اینها همگی باید به همدیگر متصل می‌شدند، همچنین به یک منبع تغذیه نیاز داریم که دستگاه را به کار بیاندازد. برای اینکه مطمئن باشیم دستگاه ما قابل ساخت است سعی کردیم با ساده‌ترین امکانات آن را بسازیم. پس از اتمام مراحل ساخت، نمونه موجود ارائه شد و ارائه آن نیز به خوبی پیش رفت.
این پروژه چه مقدار زمان برد؟
ناصری: این پروژه حدودا 6-7 ماه زمان برد.
مهدی رباطی: حمایت از دانشجویان کار بسیار مهمی است و قطعا تأثیر بسیار مثبتی بر روی دید دانشجویان نسبت به دانشگاه خواهد داشت.
آیا برای توسعه مُمِد برنامه‌ای دارید؟
ناصری: مُمِد یک دستگاه متن باز بود و اگر در آینده نیاز بیشتری به آن پیدا شود می‌توانیم آن را به مرحله تولید هم برسانیم. فعلا وارد مرحله تولیدی نشده‌ایم و ممکن است در آینده بخواهیم مراحل تولید انبوه آن را نیز پیش ببریم. در مراحل تحقیقاتی بودجه مُمِد به وسیله اساتید دانشگاه تامین شد. در مرحله تولید انبوه قطعا نیاز به حمایت و امکانات بیشتری خواهیم داشت که در این موقعیت می‌توانیم از کمک‌ها و حمایت‌های حامیان دانشگاه تهران استفاده کنیم.
رباطی: با توجه به اینکه هم‌اکنون در اواخر دوران پاندمیک هستیم نیاز به دستگاه‌های کمک‌تنفسی مانند مُمِد کاهش پیدا خواهد کرد؛ البته استفاده از مُمِد در اورژانس‌ها و بیمارستانها به‌عنوان دستگاه کمک‌تنفسی اورژانسی ادامه پیدا خواهد کرد. از دستگاه ساخته شده می‌توان برای کارهای آزمایشگاهی برای شناخت ریه‌ها و یا تاثیر عوامل مختلف بر ریه‌ها نیز استفاده کرد. از پارامترهایی که از مُمِد خروجی می‌گیریم اطلاعات آزمایشگاهی خوبی به دست می‌آید.
همکاران ما در پروژه مُمِد هم‌چنان روی توسعه آن کار می‌کنند اما من به‌طور مستقیم روی این پروژه کار نمی‌کنم.
آیا شما طرحی برای ساخت سایر تجهیزات پزشکی مرتبط با نیازهای جامعه در شرایط کرونا دارید؟
ناصری: در پروژه مُمِد طرح دیگری برای ساخت تجهیزات پزشکی نبود اما در این پروژه سعی کردیم از تجهیزات در دسترس و ارزان قیمت استفاده کنیم. در آینده ممکن است اگر نیاز احساس شود در جهت رفع نیازها محصولات دیگری نیز بسازیم.
چه تعداد از این دستگاه ساخته شد؟
رباطی: تنها یک نمونه اولیه از مُمِد ساخته شده است.
برای توسعه مُمِد و کمک به تسهیل فرایند ساخت آن چه امکاناتی مورد نیاز است؟
رباطی: ما در سه مورد می‌توانیم از حمایت‌های خیرین استفاده کنیم:
مورد اول هزینه‌های ساخت خود پروتوتایپ است که به صورت شخصی تأمین شده است.
مورد دوم هزینه‌های ارسال مقالات برای ژورنال‌های معتبر مثل HardwareX لست که بتوانیم این کار را منتشر کنیم و بقیه پژوهشگران هم
بتوانند از نتایج ما استفاده کنند.
مورد سوم هم برای ادامه کار و نزدیک شدن به محصول نهایی می‌توانیم با داشتن بودجه پروتوتایپ شماره 2 را بسازیم که در نمونه جدید مشکلات نمونه اولیه حل شده باشند و پس از آن در صورت امکان حتی به سمت تولید انبوه برویم.
برای ساخت تجهیزات پزشکی مشابه مُمِد در سایر حوزه‌ها برنامه‌ای دارید؟
رباطی: خیر فعلا برنامه‌ای برای این موضوع ندارم.
اگر ممکن است برای مخاطبان کمی از سختی‌های فنی ساخت مُمِد بگویید.
ناصری: تامین قطعات یکی از چالش‌های بزرگ در ساخت مُمِد بود حتی برای پیدا کردن یک سنسور مجبور شدیم با کمک یکی از اساتید سنسور جریان هوا را وارد کنیم. مورد دیگری که هنگام تولید مُمِد برای ما مهم بود تمام کردن پروژه با کمترین هزینه ممکن بود. این موضوع باعث شد تلاش کنیم با استفاده از نمونه‌هایی که در بازار وجود دارد نمونه‌ها را به یکدیگر و صل کنیم و دستگاه را بسازیم.
فکر می‌کنید مُمِد در صورت تولید انبوه از نظر میزان بازدهی به چه صورت باشد؟
ناصری: مُمِد به صورت یک دستگاه کمک‌تنفسی اورژانسی است و نمی‌توان آن را با ونتیلاتورهای پیشرفته مقایسه کرد (مُمِد برای بیماران با درگیری بالای ریوی در کرونا مورد استفاده قرار نمی‌گیرد) ولی برای دوران نقاهت یا بیمارانی که به تجهیزات پیشرفته نیاز ندارند بسیار کاربردی است. مُمِد از نظر قیمت و همچنین ساده بودن پروسه ساخت نسبت به سایر نمونه‌های موجود مزیت رقابتی دارد. مُمِد می‌تواند ترافیک پشت در اتاق‌های مراقبت‌های ویژه را کم کند.
چالش‌های ساخت مُمِد را برایمان توضیح دهید.
رباطی: برای طراحی و ساخت مُمِد چالش های بسیار زیادی داشتیم. یکی از بزرگ‌ترین چالش‌هایی که به آن برخوردیم این بود که کار طراحی قطعات مکانیکی و دستگاه در ایران بسیار مشکل است. استانداردهای ساده برای ابتدایی‌ترین تجهیزات مانند چرخ‌دنده‌ها موجود نیست. به‌عنوان یکی از کوچک‌ترین مسائل، ما مجبور شدیم برای پیدا کردن چرخ‌دنده مطلوب چندین بار به صورت حضوری به مراکز فروش مراجعه کنیم به این صورت که ما چرخ دنده را انتخاب می‌کردیم ولی به دلیل عدم وجود استاندارد و کاتالوگ‌های جامع، مرکزی که بتواند به ما بگوید این چرخ‌دنده موجود است یا نه وجود نداشت؛ به همین دلیل مستقیما مراجعه می‌کردیم و با پرس‌وجو آن را پیدا می‌کردیم و چندین بار به دلیل عدم موجودی این قطعه مجبور به تغییر در طراحی شدیم. این مشکل در مورد بقیه قطعات از جمله تسمه‌ها و پولی‌ها نیز وجود داشت. از جمله چالش‌های مهندسی که به آن برخوردیم طراحی سیستم گیربکس بود. زیرا ما می‌خواستیم سیستمی طراحی کنیم که با قابلیت اطمینان بالا 24 ساعت شبانه‌روز و 7 روز هفته کار کند. همینطور قصد داشتیم هزینه تمام شده را پایین نگه داریم. علاوه بر اینها خروجی مکانیکی دستگاه را نیز می‌خواستیم در حد مطلوب نگه داریم (تا بتواند توان مورد نیاز ما را تامین کند).
سخن پایانی؛
ناصری: در دوره سختی هستیم باید سعی کنیم هرکدام به نوبه خودمان کمک کنیم این دوره سریع‌تر سپری شود. امیدوارم هرچه سریع‌تر از این مرحله خارج شویم و فعالیت‌های حضوری را از سر بگیریم.
رباطی: در انتها از بنیاد حامیان دانشگاه تهران تشکر می‌کنم، حمایت از دانشجویان کار بسیار مهمی است و قطعا تاثیر بسیار مثبتی بر روی دید دانشجویان نسبت به دانشگاه خواهد داشت.
در انتها اگر انتقاد یا پیشنهادی در جهت بهبود بنیاد حامیان دانشگاه تهران دارید، لطفا آن را مطرح کنید.
رباطی: انتقادی ندارم. به‌نظرم کار بنیاد حامیان خوب است، پیشنهاد می‌کنم روی وبسایت بنیاد حامیان وقت بیشتری صرف شود. وبسایت بنیاد می‌تواند اطلاعات بسیار خوبی را در اختیار دانشجویان قرار دهد و به آشنا شدن بیش‌تر آنها با بنیاد کمک کند.
بنیاد حامیان دانشگاه تهران برای آقایان حمید ناصری و مهدی رباطی آرزوی موفقیت و سلامتی روزافزون داشته و از اینکه وقت گران‌بهای خود را در اختیار
ما قرار داده‌اند، کمال سپاس‌گزاری را داشته و برای ایشان و همکاران‌شان در بخش درمان توفیق روز افزون خواستار است.
برای اطلاع از آخرین اخبار، در حوزه‌های مختلف خیرین، بورسیه، رویداد‌ها و فراخوان‌های بنیاد حامیان دانشگاه تهران به کانال تلگرامی بنیاد به نشانی https://t.me/hamiyanUT و صفحه اینستاگرام بنیاد به آدرس Hamiyanut@ بپیوندید.
زمان مصاحبه: چهارشنبه ۹ تیر ماه ۱۴۰۰ ساعت ۱۸
مصاحبه‌گر: فاطمه رای‌زن
