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致力于解决 COVID-19 问题的 7 个开放硬件项目

开源硬件运动长期以来一直倡导维修权、完全拥有您购买的技术以及能够重新混合和复制小工具的重要性,就像您可以处理音乐一样。 因此,在这个充满挑战的时期,开放硬件正在为冠状病毒大流行造成的一些问题提供一些答案。

正在发生的事情的概述

其一,世界各地的硬件开发人员正在努力利用开源解决供应链的弱点,同样的理念在过去 30 年里推动了新软件技术的激增。 硬件运动过去的成功包括 RepRap 项目、开源生态和开源蜂箱,证明这是可以做到的。

人们对使用 3D 打印和其他技术来按需制造安全设备的替换零件和制造的兴趣越来越浓厚。 例如,香港理工大学实验室为医院工作人员提供 3D 打印面罩。 意大利初创公司 Isinnova 与米兰的 FabLab 合作,为受灾严重的意大利北部的复活设备制作 3D 打印替换阀门。 公司还发布了适应我们身体互动的设计,例如 Materialise 的这款 3D 打印免提开门器。 这些更换零件和解决问题的例子是一个很好的开始,并且似乎正在挽救生命。

另一种传统的硬件技术正在蓬勃发展:缝纫。 法新社报道称,世界各地都迫切需要口罩,世界卫生组织也对其重要性提出了指导。 随着医护人员优先使用一次性口罩,在捷克共和国,人们开始缝制自己的口罩。 (重复使用口罩确实会带来无菌问题。)Facebook 小组“捷克缝制口罩”开始在他们的国家解决这个问题,数以万计的成员使用他们的家用缝纫机。

开源硬件设备和机械项目也越来越受到关注。 首先,检测设备精良、能力强。 接下来,对于没有其他选择的情况,可以将医疗设备归类为现场级(最多)。 这些项目的详细概述如下。

为了了解更多信息,我采访了 Jason Huggins,他是芝加哥 Tapster Robotics 的创始人兼首席执行官。 Tapster Robotics 使用 3D 打印、计算机数控 (CNC) 加工和 Arduino 等开放式电子设备设计和制造桌面机器人。 他拥有产生影响的技术知识和工业能力。 他希望投入公司的资源来帮助这场斗争。

“基本上,我们现在正处于二战动员时刻。即使我不是医生,我们仍然应该遵守希波克拉底誓言。无论我做什么,我都不想让问题变得更糟。” 哈金斯解释道。 “作为对比,世卫组织执行主任迈克尔·瑞安博士的评论是:‘速度胜过完美,’”哈金斯辩称。

哈金斯在需要时提供服务方面拥有丰富的经验。 他的努力有助于帮助 Healthcare.gov 在最初推出时充满挑战后扩大规模。 他还创建了软件行业标准测试框架 Selenium 和 Appium。 有了这次经验,他的建议非常值得考虑。

我还与泰森律师事务所驻西雅图的律师马克·泰森进行了交谈,他与初创公司和小型企业合作。 他拥有与快速发展的行业中的灵活公司合作的直接经验。 在提出总体问题时,泰森开始说道:

好撒玛利亚人法律保护志愿者(即“好撒玛利亚人”)免于因决定在紧急情况下提供援助而被追究责任。 虽然这些法律的具体细节因州而异,但它们有一个共同的公共政策原理:即鼓励旁观者帮助面临紧急情况的其他人。 可以想象,这一基本原理可以证明在不那么传统的环境中应用这些类型的法律是合理的,而不是把车祸的受害者从危险中拉出来。

针对这一具体情况,泰森指出:

“在采取行动之前,创作者应该明智地与律师交谈,以进行针对特定州的风险评估。要求较大的机构(例如医院或保险公司)通过合同接受潜在的责任风险也是明智的,例如,通过 使用赔偿协议,医院或其保险公司同意赔偿创作者的责任。”

泰森了解情况的紧迫性和严重性。 这种使用合同的选择并不意味着成为障碍; 相反,它可能是一种帮助大规模采用的方法,以更快地产生更大的影响。 由您或您的组织做出此决定。

话虽如此,让我们探讨一下正在使用或正在开发的项目(并且可能很快即可部署)。

对抗 COVID-19 的 7 个开放硬件项目

Opentrons

Opentrons 的开源实验室自动化平台由一套开源硬件、经过验证的实验室器具、耗材、试剂和工作站组成。 Opentrons 表示,其产品可以帮助大幅扩大 COVID-19 测试规模,其系统可以“在下订单后的几天内每天自动执行多达 2,400 项测试”。 它计划在 7 月 1 日之前将测试样本数量增加到 100 万个。

Opentrons roadmap graphic

该公司已经与联邦和地方政府机构合作,以确定其系统是否可以在紧急使用授权下用于临床诊断。 Opentrons 在 Apache 2.0 许可证下共享。 我首先从参与该项目的生物学家克里斯汀·埃利斯 (Kristin Ellis) 那里得知了这一点。

柴开放 qPCR

Chai 的开放式 qPCR 设备使用聚合酶链反应 (PCR) 快速测试表面(例如门把手和电梯按钮)的拭子,以查看是否存在新型冠状病毒。 此开源硬件在 Apache 2.0 许可证下共享,使用 BeagleBone 低功耗 Linux 计算机。 来自 Chai Open qPCR 的数据可以帮助公共卫生、公民和商业领袖就清洁、缓解、设施关闭、接触者追踪和检测做出更明智的决策。

OpenPCR

OpenPCR 是由 Chai Open qPCR 的创始人 Josh Perfetto 和 Jessie Ho 开发的 PCR 测试设备套件。 与他们之前的项目相比,这更像是一个 DIY 开源设备,但它具有相同的用例:使用环境测试来识别现场的冠状病毒。 正如项目页面所述,“能够检测这些病原体的传统实时 PCR 机器通常成本高达 30,000 美元,并且不适合现场使用。” 由于 OpenPCR 是用户构建的套件,并在 GPLv3.0 许可下共享,因此该设备旨在实现分子诊断的民主化。

OpenPCR

而且,就像任何优秀的开源项目一样,有一个衍生项目! 瑞士 GaudiLabs 的 WildOpenPCR 也在 GPLv3.0 许可下共享。

PocketPCR

Gaudi Labs 的 PocketPCR 热循环仪用于通过升高和降低小试管中液体的温度来激活生物反应。 它可以通过简单的 USB 电源适配器供电,可以连接到设备上,也可以单独供电,并具有不需要计算机或智能手机的预设参数。

PocketPCR

与本文中描述的其他 PCR 选项一样,该设备可能有助于冠状病毒的环境测试,尽管其项目页面没有明确说明。 PocketPCR 在 GPLv3.0 许可下共享。

开肺低资源呼吸机

开肺低资源呼吸机是一种快速部署呼吸机,采用袋阀面罩 (BVM)(也称为 Ambu 袋)作为核心组件。 Ambu 袋可批量生产、经过认证、体积小、机械简单,并且适用于侵入性导管和面罩。 OPEN LUNG 呼吸机将使用微电子技术来感应和控制气压和流量,目标是实现半自主操作。

Open Lung ventilator

这个早期项目拥有一支由数百名贡献者组成的大型团队,由 Colin Keogh、David Pollard、Connall Laverty 和 Gui Calavanti 领导。 它是在 GPLv3.0 许可下共享的。

流行病呼吸机

Pandemic 呼吸机是一款 DIY 呼吸机原型。 与 RepRap 项目一样,它在设计中使用常用的硬件组件。 该项目由用户 Panvent 十多年前上传到 Instructables,制作过程有六个主要步骤。 该项目是在 CC BY-NC-SA 许可下共享的。 该视频展示了系统的运行情况:

在家折叠

Folding at Home 是一个用于模拟蛋白质动力学的分布式计算项目,包括蛋白质折叠的过程以及与各种疾病有关的蛋白质的运动。 这是对公民科学家、研究人员和志愿者的号召,让他们在家中使用计算机来帮助运行模拟,类似于已退役的 SETI@Home 项目。 如果您是一名技术专家,拥有强大的计算机硬件,那么“在家折叠”就适合您。

Markov state model

Folding at Home 使用马尔可夫状态模型(如上所示)来模拟蛋白质可能采取的形状和折叠途径,以寻找新的治疗机会。 您可以在华盛顿大学生物物理学家 Greg Bowman 的帖子中找到有关该项目的更多信息,了解该项目如何运作以及您可以如何提供帮助。

该项目由来自许多国家的学术实验室、贡献者和企业赞助商组成,包括香港、克罗地亚、瑞典和美国。 Folding at Home 在 GitHub 上以 GPL 和专有许可证的混合方式共享,并且是适用于 Windows、macOS 和 GNU/Linux(例如 Debian、Ubuntu、Mint、RHEL、CentOS、Fedora)的多平台。

许多其他有趣的项目

这些项目只是开放硬件领域解决或治疗 COVID-19 活动的一小部分。 在研究本文时,我发现了其他值得探索的项目,例如:

  • 冠状病毒技术手册中的开源呼吸机、制氧机等
  • ProjectOpenAir 提供的有用工程
  • Hackaday 上的开源呼吸机黑客马拉松
  • 约翰·霍普金斯大学急诊医学住院医师朱利安·博塔 (Julian Botta) 的简单开源机械呼吸机规格
  • 与冠状病毒相关的网络钓鱼、恶意软件和随机软件呈上升趋势 作者:Shannon Morse
  • jcl5m1 将低成本 CPAP 鼓风机转换为基本呼吸机
  • 论坛 A.I.R.E. 关于开放式呼吸器和风扇的讨论(西班牙语/西班牙语)
  • Elsevier HardwareX 开源新冠肺炎医疗硬件特刊

这些项目遍布世界各地,这种全球合作正是我们所需要的,因为病毒无国界。 新冠病毒大流行在不同时间、以不同方式影响各国,因此我们需要一种分布式的方法。

正如我和同事 Steven Abadie 在 OSHdata 2020 报告中所写,开源硬件运动是一场全球运动。 拥有认证项目的参与个人和组织遍布全球超过 35 个国家和每个半球。

Open source hardware map

如果您有兴趣加入与世界各地开源硬件开发人员的对话,请加入开放硬件峰会 Discord 服务器,其中包含有关 COVID-19 对话的专用频道。 您可以找到机器人专家、设计师、艺术家、固件和机械工程师、学生、研究人员以及其他一起并肩作战的人。 我们希望看到你在那里。

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