Ingénieurs open‑source conçoivent des ventilateurs low‑cost pour répondre au COVID‑19

Les ventilateurs maintiennent l'oxygène dans les poumons et expulsent le dioxyde de carbone, les rendant indispensables pour les cas graves de COVID‑19. Le virus endommage les cils pulmonaires, causant accumulation de mucus et infections secondaires qui entravent l'absorption d'oxygène. Alors que les hôpitaux du monde entier luttent contre les pénuries de ventilateurs, une hausse mondiale de la fabrication — masques, respirateurs, écouvillons, médicaments et ventilateurs — a été lancée. Les ventilateurs permettent la respiration ; le défi central du COVID‑19 est le blocage pulmonaire.

En réponse, une communauté d'ingénieurs, cliniciens et chercheurs a lancé une initiative collaborative open‑source pour concevoir et produire des ventilateurs. En utilisant l'impression 3D et d'autres techniques de fabrication rapide, le projet crée pièces de rechange et équipements à la demande.

Figure 1 : Un ventilateur professionnel (Image : Hamilton Medical)

Comment fonctionnent les ventilateurs ?

Ces machines délivrent l'oxygène et éliminent le dioxyde de carbone en pompant de l'air à travers un tube inséré dans la bouche ou le nez du patient. Les ventilateurs modernes sont contrôlés électroniquement par des ordinateurs embarqués et classés comme systèmes critiques pour la vie, exigeant les standards de fiabilité les plus élevés.

Les projets

De nombreux designs de ventilateurs low‑cost — nombreux hébergés sur GitHub — comblent les lacunes quand les fournitures hospitalières sont insuffisantes. Bien qu'ils puissent soutenir des crises pulmonaires aiguës, ils affectent directement des conditions médicales, donc une supervision médicale professionnelle est obligatoire. Une utilisation incorrecte, surtout à hautes pressions, comporte des risques significatifs.

Dispositif ventilateur open‑source low‑cost (PAPR)

Ce projet GitHub (Figure 2) propose un ventilateur modeste et abordable qui peut sauver des vies s'il est utilisé correctement. Il délivre un débit respiratoire programmable de 10 à 16 respirations par minute et peut atteindre des pressions de voie aérienne maximales de 45 cmH₂O ; cependant, les pressions au‑dessus de 20 cmH₂O sont dangereuses. L'appareil utilise l'air ambiant (21 % O₂) ; des concentrations d'oxygène plus élevées nécessitent un équipement médical dédié. Le projet reste ouvert aux améliorations et le créateur cherche des partenariats pour la production de masse. La disponibilité des composants peut être limitée, et le design est intentionnellement minimal. De futures itérations pourraient intégrer l'atténuation de la propagation virale. L'appareil ne fonctionne que dans des environnements déjà infectés, où le confinement des gouttelettes est essentiel. Le contrôle est géré via un Arduino ; des safeguards contre les pannes de courant devraient être intégrés.

Figure 2 : Un projet de ventilateur (Image : GitHub)

Le Ventilateur Pandémie

Disponible sur Instructables, ce ventilateur DIY utilise des composants facilement disponibles (Figure 3). Il est conçu comme solution de support vital d'urgence. Avec les hôpitaux incapables de se procurer assez de ventilateurs, la demande dépassera probablement l'offre. Le design est direct tout en incorporant un contrôle électronique moderne. Il emploie bois, ruban adhésif, sacs plastiques, tubes filetés, électrovannes, interrupteurs magnétiques et un automate programmable (PLC). Le projet est continuellement affiné en matériel et logiciel. Il stipule clairement que le prototype est expérimental et n'a pas subi de tests de sécurité ; seuls des cliniciens certifiés devraient l'utiliser. Le dispositif consiste en une unité soufflet en bois, vannes, tuyaux, un PLC, fils, interrupteurs et une alimentation, le tout monté sur une planche de contreplaqué 18 × 21 × 0,5 pouce. Des électrovannes à action directe et raccords filetés avec ruban Teflon sont requis. Le soufflet est construit à partir d'un grand sac de congélation, renforcé avec contreplaqué et charnières (voir Figure 4). Le PLC utilisé est un Direct Logic 06 DO‑06DR d'Automation Direct — une unité flexible, low‑cost avec logiciel de programmation gratuit. D'autres PLC peuvent être substitués. Une alimentation 24 V et un interrupteur marche/arrêt démarrent le système. Le programme en logique à contacts fonctionne comme suit :

• Ouvrir Vanne 1 et fermer Vanne 2 jusqu'à ce que le soufflet soit plein (interrupteur magnétique haut se ferme).
• Fermer Vanne 1, ouvrir Vanne 2, et fermer Vanne 3 pour expirer l'air vers le patient.
• Quand l'interrupteur magnétique bas se ferme, fermer Vanne 2 et rouvrir Vanne 1 pour remplir à nouveau le soufflet.
• Une minuterie permet aux poumons du patient de se dégonfler avec Vanne 3 ouverte ; après expiration, Vanne 2 s'ouvre et Vanne 3 se ferme pour commencer le cycle suivant.

Voici le tableau de câblage :

• Entrées
  • X0 interrupteur magnétique haut soufflet
  • X1 interrupteur magnétique bas soufflet
  • X2 interrupteur marche/arrêt
  • C0 24 V
  • Tous retours à la masse
• Sorties
  • Y0 inutilisé
  • Y1 vanne inspiration (V2)
  • Y2 vanne expiration (V3)
  • Y3 vanne remplissage soufflet (V1)
  • C0 ligne 120 VAC
  • Tous retours au neutre ligne

Figure 4 : Détails de construction du Ventilateur Pandémie (Image : TEMPO.CO)

>> Continuer la lecture sur les efforts additionnels de design de ventilateurs décrits dans l'article complet publié à l'origine sur notre site sœur, EEWeb.