Luego de 90 días de intenso trabajo, hemos terminado con éxito el Prototipo del Respirador YX . A continuación, en las siguientes fotografías, se presenta el modelo mecánico en su vista frontal y posterior.
Prototipo Respirador – Vista frontalPrototipo – Vista posterior
Luego de ensamblar todas las partes físicas y realizar las pruebas necesarias, el Prototipo Real del Respirador YX quedó como se muestra a continuación.
Fotografía del Prototipo Real en pleno funcionamiento.
A continuación se presenta un video demostrativo del Prototipo Real en funcionamiento.
Próximos pasos a seguir:
Sintonizar el funcionamiento de los modos de operación del Respirador YX en un pulmón artificial.
Si las condiciones lo ameritan, continuar el camino de la Certificación.
Luego de algunas semanas trabajando en la integración de la electrónica e implementando los sistemas de control simulados, a continuación les presentamos el siguiente video, donde se muestra la operación del respirador en la configuración del diagrama de bloques, operando en modo VCV:
El paciente es simulado por un globo, gentileza del Dr. Bugedo de la red UC Christus, quien amablemente nos prestó un circuito respiratorio para que pudiéramos probar.
Ayer, miércoles 20, terminamos el montaje de la placa de control y hoy, 21 de mayo, día de las Glorias Navales, iniciamos la integración de toda la electrónica del ventilador.
Mañana iniciamos las pruebas de laboratorio sobre el sistema neumático, encaminándonos a las pruebas en el pulmón artificial.
Acá les dejamos algunas fotos del proceso.
Montaje del PCB de controlIntegración de la pantalla al PCB de controlVista posterior de la placa de controlVista Frontal de la pantalla.Integración del SistemaElectrónica del respirador, vista posterior.Integración del Sistema
Hoy realizamos el montaje e hicimos funcionar la placa de sensores. A continuación se muestra una secuencia de fotos desde el diseño hasta la construcción de la tarjeta electrónica.
Modelo 3D de la placa de sensores.Aplicando soldadura en pasta.Aplicando soldadura en pasta.Inspección de la soldadura después pasar por la plancha.Placa de Sensores terminada.Preparando arneses de cables para comunicar la placa de sensores.
Actualmente contamos con la placa de sensores operativa y lista para recibir el firmware de lectura de los sensores que hemos desarrollado en las últimas semanas. Mañana seguiremos con el ensamble de la placa de control y esperamos acercarnos a la unidad prototipo.
Nuestro plan inicial era recibir los componentes electrónicos para armar el prototipo, el jueves de la semana pasada. El lunes anterior, salieron 3 encargos desde Estados Unidos y su fecha de llegada era el jueves 14 a las 18.00hrs. Uno de los encargos viajó en vuelo directo y llegó puntual. Los otros dos hicieron escala en Brasil, e inexplicablemente quedaron retenidos allá y volaron recién el sábado. Recibimos los componentes hoy después del medio día.
Para cada prototipo, debemos armar:
02 placas de control de válvulas.
01 placa de poder.
01 placa de sensores.
01 placa de control.
Actualmente contamos con las dos placas de control de válvulas y nos encontramos armando las dos primeras placas de poder. A continuación se presentan algunas fotografías del proceso.
Estación de montaje e inspección por microscopio.Placa de control de cuerpo de válvulas en proceso de montaje.Trabajo en equipo a pesar de la cuarentena.Placa de control de válvulas montada en el cuerpo de válvulas de entrada y válvula de control de espiración.Proceso de montaje de componentes en la placa de poder, previo a ser aplicada la curva de calor (hasta 260º) para soldar los componentes.Verificación de la calidad de la soldadura.Prototipo de la placa de poder.
Actualmente seguimos avanzando en la prueba de estas placas, en el armado de la placa de sensores y la placa de control para llegar a las primeras unidades prototipo. Estamos cerca, muy cerca !
Queremos agradecer a PC Factory S.A., y especialmente a su gerente general, Rodrigo Arriagada, por la donación al proyecto de un computador de última generación (AMD Ryzen Threadripper de 24 núcleos, disipador enfriado por agua, placa madre MSI TRX40 Pro, memoria, fuente de poder y disco) para la simulación de las señales de control de la electrónica del respirador.
Este tremendo aporte nos ayuda simular en tiempo real las variables de control, sin necesidad de estar conectados a un pulmón de pruebas y optimizar la sintonización de los controladores (mezcla, canal de inspiración y canal de espiración) del respirador.
La válvula de espiración requiere ser operada con proporcionalidad, a una muy baja presión. Desde el último diseño, hemos ensayamos distintas estrategias y, finalmente, optamos por un diseño que, aprovechando la linealidad de las válvulas VEMP, nos permitiera utilizarla como un accionador neumático de la válvula de espiración, algo así como una suerte de “transistor”, con una alta respuesta en frecuencia, evitando así el uso de motores stepper y las complejidades de filtración de aire del canal de espiración que pudieran haber hacia el motor.
Válvula de Espiración – ArmadaVálvula de espiración – DespieceVálvula de espiración – Simulación de elemento finitoVálvula de espiración – Render 3DVálvula de Inspiración – Render 3DVálvula de espiración – Prototipo de la carcasa exteriorVálvula de espiración – Molde para inyección de membrana flexibleVálvula de espiración – Membrana flexible en el moldeVálvula de espiración – Membrana flexible prototipoVálvula de espiración – Válvula de inspiración MK III ensamblada.
A continuación el video de las pruebas de stress acelerado a que está siendo sometida la válvula prototipo. Se están aplicando ciclos de 4.5Hz de 0-5 [psi] durante 24 horas, equivalentes a 388.800 ciclos, que en condiciones normales serían 14 días de operación continuada.
Válvula de espiración – pruebas de stress acelerado
Aplicamos una paleta de colores típica para el estándar médico, en que los parámetros relativos a presión van con amarillo, flujo en verde y volumen en azul. La GUI del ventilador está quedando así…
Durante la semana pasada recibimos los PCB del circuito de control del cuerpo de válvulas y los componentes para ensamblar el cuerpo de válvulas. Junto con lo anterior, refinamos el proceso de producción del cuerpo de válvulas y su empaquetadura ( Figura 1 y 2).
Figura 1. Prototipo de la base del cuerpo de válvulas y sus empaquetaduras de UretanoFigura 2. Cuerpo de Válvulas ensamblado
El sábado 2 de Mayo , se montó la primera prueba neumática del sistema, con un compresor a 60 [psi], conectado a un regulador del 20 [psi]. Luego se conectó una línea al cuerpo de válvulas, que regula la salida al canal de inspiración, y se programaron las rutinas de control y la lectura de los sensores de voltaje de la placa de potencia en una placa Arduino, como se puede ver en el siguiente esquema en la Figura 3.
Figura 3. Prueba Neumática del sistema.
¡El resultado fue un éxito! Logramos controlar la válvula generando ciclos de carga y descarga de las dos vías de la válvula, de forma proporcional, con una velocidad de respuesta en el orden de los milisegundos, validando así todo el diseño y las estrategias de control para el respirador, además del funcionamiento de las partes neumáticas. A continuación se muestra un video de la operación de apertura y cierre de la válvula.
Prueba Cuerpo de Válvulas en escenario real: Linea de 60psi, regulada a 20psi para terminar en presión atmosférica.
¿Qué sigue?
Montar el control de las 4 válvulas en la placa de control integrada (las despachan este martes desde China).
Montar los sensores en su PCB (los despachan el jueves).
Conectar todo a la placa de control final, que también es despachado esta semana.
Festo Chile confirmó el envío de las piezas para el armado del prototipo.
Los sensores de flujo y presión llegaron a Chile. El sensor de oxígeno está en camino.
El día viernes 17 de Abril, , la empresa INDURA confirmó el préstamo de un tanque de oxígeno y otro de aire para poder probar nuestros prototipos. ¡Toda nuestra gratitud hacia ellos!
El día domingo 12 de Abril , se nos invitó a postular con nuestro proyecto a la convocatoria “Un Respiro para Chile” en Socialab. Sin embargo, fue descartado durante la semana, debido a que aún no está listo el prototipo. A pesar de esto, seguimos adelante, ya que tenemos la certeza de que nuestro enfoque de diseño es el correcto.
Si bien la electrónica debería haber estado lista el viernes pasado, surgió un pequeño retraso ya que se subestimó el tiempo que iba a tomar el diseño de la fuente de energía de las válvulas VEMP. Se espera enviar a fabricar las placas durante la semana, las cuales deberían estar listas en 24 horas, pero es incierto el tiempo en que demorarán en llegar a Chile.
La interfaz de usuario va avanzando. Se incorporó al equipo a María José Iglesias, diseñadora gráfica de amplia experiencia, quien nos ayudará con la gráfica de la pantalla, pensando en su usabilidad.
Respecto a la impresión 3D, se realizó una prueba de estrés a la válvula de espiración, operándola por 72 horas continuas, con ciclos de apertura y cierre de completos de 0.6 segundos, lo que significó 432.000 ciclos. El resultado de la prueba fue satisfactorio. No se evidenciaron problemas de desgaste en el hilo de motor ni en la estructura de la válvula.
El diseño industrial está avanzando. En la Figura 1 y Figura 2 se puede distinguir la disposición que tendrán las partes más importantes.
Respecto al software de control, se está trabajando en las rutinas de bajo nivel para la lectura de los sensores y control de los motores stepper. La dificultad está en lograr una codificación muy liviana para asegurar que la base de tiempo para el sistema de control sea la más rápida posible.
El día Lunes 20 de Abril 2020, se actualizará nuestra carta gantt.
Algunas imágenes 3D sobre el interior del Respirador
