Des ingénieurs ont fabriqué un écran facial DIY. Maintenant, il s’agit d’aider les médecins

Après qu’un hôpital ait lancé un appel pour des équipements de protection, trois amis ont développé un produit en quelques jours. Leur design est maintenant fabriqué par Ford.

Au début de la semaine dernière, Lennon Rodgers, directeur de l’Engineering Design Innovation Lab de l’université du Wisconsin-Madison, a reçu un courriel urgent de l’hôpital de l’université. Son laboratoire pourrait-il fabriquer 1 000 écrans faciaux pour protéger le personnel qui effectue les tests et traite les patients atteints de Covid-19 ? Les fournisseurs habituels de l’hôpital étaient en rupture de stock, en raison de l’augmentation de la demande provoquée par la pandémie de coronavirus.

Après avoir mis ses enfants au lit, Rodgers s’est rendu à Home Depot et dans un magasin d’artisanat local et a pris des fournitures, notamment du plastique transparent et quelques têtes de mannequin en mousse. Il a ensuite fabriqué un prototype à la hâte dans l’espace de fabrication de l’UW en adaptant une visière de construction et l’a présenté à sa femme, une anesthésiste. J’en étais très fier, mais elle l’a mise et a dit : « C’est beaucoup trop lourd », se souvient Rodgers.

Sans se décourager, Rodgers a conçu plusieurs prototypes plus légers avec deux amis : Jesse Darley, ingénieur en mécanique de la société de conception Delve, et Brian Ellison, responsable du développement commercial chez le fabricant Midwest Prototyping. La femme de Rodgers a donné plus d’informations en retour, et a parlé au groupe par le biais de vidéos de contrôle des infections montrant comment mettre et enlever les écrans faciaux.

Jeudi dernier, l’hôpital a approuvé le prototype. Rodgers a mis le design en ligne pour que d’autres puissent l’utiliser et le collectif ad hoc a commencé à augmenter la production. Depuis, ils ont envoyé plus de 1 000 écrans faciaux à l’hôpital UW. Ford a repris la conception open source et prévoit d’en produire plus de 75 000 cette semaine dans sa filiale Troy Design and Manufacturing à Plymouth, Michigan. L’entreprise prévoit d’envoyer la première série aux hôpitaux de la région de Detroit.

La pénurie de masques faciaux, de respirateurs et d’autres équipements médicaux nécessaires pour soigner les patients atteints de Covid-19 et réduire la transmission du nouveau coronavirus a inspiré les ingénieurs, les fabricants et les amateurs du monde entier. Le masque facial Madison, surnommé le « Badger Shield », est l’un des premiers à avoir fait son apparition dans une production de masse médicalement approuvée.

« Nous occupons un créneau alors que les chaînes d’approvisionnement à haut volume se sont effondrées », explique Darley, qui a pris la tête de la conception et a rédigé les dessins techniques open source repris par Ford. Si d’autres fabricants adoptent la conception, ajoute-t-il, « je pense que nous pouvons augmenter la production très rapidement ».

Le personnel médical porte un écran facial par-dessus son masque lors du traitement des patients afin de les protéger contre les gouttelettes respiratoires volantes qui peuvent transmettre le coronavirus, comme par exemple lors de toux et d’éternuements. Bob Scheuer, directeur de la gestion du matériel à UW Health, explique que les équipements de protection de toutes sortes sont devenus difficiles à trouver, mais les écrans faciaux sont particulièrement importants car le personnel les porte désormais systématiquement.

Scheuer note que le personnel désinfecte les masques entre les patients et les réutilise, mais qu’ils doivent être remplacés périodiquement en raison de leur usure. L’hôpital de Madison n’a pas encore une ruée de patients atteints de Covid-19, mais il est crucial d’empêcher la propagation du coronavirus au personnel. « C’est une spirale descendante si nous ne pouvons pas les garder en sécurité », dit-il. « Jusqu’à présent, ces nouveaux boucliers fonctionnent bien pour nous. »

Contrôle des infections approuvé

Selon M. Darley, les ingénieurs se réunissent généralement autour d’outils et de matériaux pour réfléchir à un nouveau produit, mais la distance sociale l’a empêché de participer à ce projet. Lui, Rodgers et Ellison, qui se sont connus lors d’événements de conception à Madison, ont collaboré principalement par téléphone, par FaceTime, par texte et par le service de partage de photos de Google. « Cela aurait été beaucoup plus facile si nous avions pu nous rencontrer en personne », ajoute Darley. Ils ont passé une commande pour la livraison d’articles le lendemain auprès du fournisseur de matériel McMaster-Carr, qui a fait don de certains matériaux.

Le travail de conception a vraiment pris forme, dit Darley, après qu’il ait contacté une employée de l’hôpital qu’il connaissait du parc canin local et qu’elle lui ait apporté un écran facial qu’il pouvait mesurer et démonter. Pour fabriquer d’autres boucliers, il a d’abord fallu en détruire un. « La plus grande impression a été de voir à quel point il était léger. Il est léger comme une plume. »

Darley a également admiré la façon dont le bouclier avait des découpes dans le coussin de mousse qui repose contre la tête d’une personne, le rendant plus conforme à la courbe du front d’une personne. L’équipe de Madison a également essayé cela, mais a ensuite abandonné les découpes pour accélérer la fabrication. « On y allait pour de bon, pas pour être parfait. »

« Nous remplissons un créneau alors que les chaînes d’approvisionnement à fort volume se sont effondrées. »

Midwest Prototyping a pris l’initiative d’assembler des prototypes. Rodgers recevait des commentaires de l’hôpital pendant qu’ils travaillaient, et sautait parfois sur son vélo pour livrer du matériel ou récupérer la dernière version pour que sa femme puisse l’essayer. Ces commentaires ont conduit l’équipe à allonger la plaque frontale et à passer à un élastique sans latex. Tim Osswald, professeur à l’Université de Madison et expert en ingénierie des polymères, a aidé à sélectionner les matériaux et à trouver des fournisseurs, et une entreprise locale de plastique a créé une matrice sur mesure pour découper les plastrons plus rapidement.

Le 18 mars, les volontaires ont déposé le dernier prototype à l’hôpital pour le tester. Le lendemain matin, jeudi dernier, ils ont reçu un courriel laconique : « Contrôle des infections approuvé ». Le Midwest a commencé à préparer des séries de production plus importantes, et Rodgers a mis en ligne les dessins de Darley ainsi qu’un appel aux fournisseurs, aux fabricants et aux établissements médicaux ayant besoin de boucliers pour les contacter. « J’ai reçu des appels de particuliers et de grandes organisations qui voulaient faire cela », explique Rodgers.

Ford est la plus grande entreprise à avoir répondu. Un porte-parole de l’entreprise affirme que celle-ci a adapté la conception à la production de masse et prévoit d’en fabriquer 100 000 par semaine d’ici la semaine prochaine. La production de véhicules de Ford est actuellement en pause et son activité de fabrication ne concerne que les fournitures de Covid-19, comme les écrans faciaux open source, et la collaboration avec 3M et GE pour produire des respirateurs et des ventilateurs.

Rodgers explique que Summit Medical, un fabricant d’appareils médicaux basé à Saint Paul, Minnesota, reprend également la conception open source de l’écran facial. Son site a reçu des demandes pour plus d’un million de masques, notamment de la part de personnes prétendant représenter les États de New York et du Wisconsin.

La conception de l’équipe Madison ne nécessite que trois pièces et est relativement simple à réaliser. Les masques transparents sont découpés dans de grandes feuilles de polyéthylène à l’aide d’un laser ou d’un outil de découpe. Un bandeau élastique est ensuite agrafé à chaque plastron. Midwest Prototyping utilise des agrafeuses électriques que Rodgers a achetées en gros dans un magasin de fournitures de bureau. Une courte longueur de mousse de polyuréthane auto-adhésive d’un pouce d’épaisseur est ajoutée pour positionner la plaque frontale sur le front du porteur.

McMaster, le fournisseur initial du projet, a rapidement manqué de matériel nécessaire, le groupe s’est donc tourné vers des fournisseurs de mousse et de plastique. Jusqu’à présent, l’accès aux matériaux n’a pas été un problème, selon Darley.

Les résultats des autres efforts des volontaires pour aider à pallier les pénuries de fournitures médicales ont été mitigés.

Les masques chirurgicaux et les masques N95 à filtration avancée, portés par le personnel médical sous des écrans faciaux, sont également en nombre insuffisant. Après que les Centres de contrôle et de prévention des maladies aient déclaré que les masques en tissu pouvaient être utilisés en « dernier recours », des particuliers et des maisons de couture ont commencé à coudre des masques faciaux pour les hôpitaux. Certains hôpitaux acceptent les masques en tissu, mais d’autres, comme l’Université du Michigan, ont annoncé qu’ils ne le feraient pas. L’Université de la santé du Wisconsin a déclaré mardi que toute personne prévoyant de donner des masques cousus devrait plutôt donner de l’argent, du sang ou de la nourriture pour le personnel médical.

Les ingénieurs d’un fabricant de Brescia, en Italie, ont fait la une des journaux ce mois-ci en utilisant l’impression 3D pour fabriquer des valves de ventilateur à usage unique nécessaires pour soigner les patients atteints de Covid-19, ce qui pourrait sauver des vies. Mais Cristian Fracassi, l’un des ingénieurs, a posté plus tard une vidéo refusant de communiquer les spécifications pour que d’autres puissent imprimer leurs propres valves, affirmant que l’hôpital local en avait maintenant assez des composants et qu’aucun autre n’avait demandé de l’aide.

Des modèles de composants de visières imprimés en 3D ont également commencé à circuler en ligne, et certaines entreprises et personnes les produisent et les envoient aux hôpitaux. Selon M. Darley, l’équipe de Madison a choisi de ne pas utiliser d’imprimantes 3D car elles sont généralement trop lentes, et trop distribuées, pour créer l’afflux de fournitures nécessaires. Des procédés plus conventionnels comme la découpe à l’emporte-pièce et le tranchage de longueurs de mousse sont beaucoup plus rapides et moins chers, ajoute-t-il : « Nous avons besoin de très gros volumes ».

Les ingénieurs du musée interactif des sciences, l’Exploratorium de San Francisco, sont arrivés à une conclusion similaire dans leur propre projet de bouclier facial qui alimentera les hôpitaux de la Bay Area. Un porte-parole du musée a déclaré que son équipe a examiné un dessin imprimé en 3D qui a pris de trois à six heures pour fabriquer un écran facial, puis a conçu un processus impliquant des outils de coupe contrôlés par ordinateur qui permet de produire un écran complet en quelques minutes. Le musée prévoit de fabriquer 200 écrans faciaux ou plus par jour au cours des prochains jours et publiera ses dessins pour que d’autres puissent les utiliser.

Darley envisage une deuxième conception d’équipement de protection, basée sur l’open source, pour une cagoule PAPR, qui offre une protection supplémentaire en combinant une plaque frontale avec un tissu couvrant la tête et les épaules, alimentée en air filtré par un respirateur. L’un des défis est qu’il devrait s’interfacer avec les connecteurs spécifiques d’un tel dispositif, dont la propriété intellectuelle peut être protégée.

Rodgers affirme que l’hôpital UW ne l’a pas alerté sur d’autres besoins, mais qu’il est prêt à répondre à tout appel : « Maintenant que nous avons ce réseau de fabricants et une chaîne d’approvisionnement, nous pourrons peut-être le faire pour un deuxième. » La prochaine gamme de produits pandémiques de Ford pourrait en dépendre.

Via Wired

 

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