Uma pesquisa desenvolvida na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP produziu uma base tecnológica para criação de ventiladores pulmonares de baixo custo, que poderão servir como substitutos em regiões carentes que não disponham de ventiladores hospitalares convencionais.
Desenvolvida durante o Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) do aluno do curso de Engenharia Mecatrônica, Felipe Finco, a pesquisa foi orientada pela professora do Departamento de Engenharia Mecânica (SEM) da EESC, Maíra Martins da Silva, e teve a contribuição da professora da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), Valéria Amorim Pires Di Lorenzo, e da pesquisadora Marcela Maria Carvalho da Silva, ambas atuantes no Laboratório de Espirometria e Fisioterapia Respiratória da instituição federal, também contando com a participação da médica intensivista do Hospital das Clínicas e Hospital São Lucas de Ribeirão Preto (SP), Júlia Batista de Carvalho.
O projeto começou em março de 2020, quando houve destaque para notícias sobre a falta de equipamentos médicos para tratar dos casos graves de Covid-19 nos países em que se manifestavam surtos da doença. Diante do quadro alarmante que se desenhava na época, Finco e mais dois colegas, Iago Ávila e Denys Zandonadi, também do curso de Engenharia Mecatrônica da EESC, iniciaram o desenvolvimento de um protótipo de ventilador pulmonar simples e de baixo custo com a finalidade de suprir uma eventual falta de aparelhos comerciais. Entretanto, ao perceber que, no Brasil, o maior problema não seria a falta de ventiladores, mas sim de profissionais da saúde e leitos hospitalares, a equipe suspendeu o do projeto, que foi retomado após alguns meses por Finco, durante seu TCC.
O protótipo foi criado a partir de um reanimador manual, ou AMBU – sigla para o nome do equipamento em língua inglesa, Artificial Manual Breathing Unit –, e outros poucos recursos que havia à disposição como chapas de MDF, um material derivado da madeira, e impressão 3D com PLA, que é uma espécie de plástico biodegradável. Também foram utilizados um motor elétrico de corrente contínua que normalmente é usado em vidros elétricos de automóveis, um conjunto de sensores que incluiu um codificador óptico para medir a compressão do AMBU e um sensor para saber pressão do ar ministrada ao paciente, além de potenciômetros para fazer o ajuste dos parâmetros fornecidos pelo profissional da saúde responsável por operar o equipamento. Para processar os dados e realizar o controle, utilizou-se uma placa Arduino, que é uma plataforma com microcontrolador versátil e amplamente adotada. O custo total para a produção do protótipo foi de R$700,00.
A partir dos componentes adotados, foi possível realizar o chamado controle de malha fechada, segundo o qual os sensores devem monitorar os parâmetros de trabalho do equipamento em tempo real, permitindo que os ajustes definidos pelo profissional da saúde – por exemplo, quantidade de oxigênio a ser enviada ao paciente – continuem sendo respeitados mesmo depois de um longo período de uso do equipamento, mesmo em condições adversas.
Uma vez que o protótipo apresentou bons resultados nos testes iniciais, o equipamento foi submetido a uma nova fase de testes, com o objetivo de se criar um modelo virtual do respirador, por meio do qual seria possível estimar vários parâmetros de operação sem a necessidade de medição direta. O mais recente desses testes ocorreu no mês de setembro, com a colaboração do professor Cristiano Bigonha Tibiriçá, do SEM, no Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos (NETeF). Durante o procedimento foi possível estimar o volume de ar entregue ao pulmão do paciente em função da compressão do AMBU e, ao final do teste, observou-se que a geometria do compressor é adequada, visto que o volume de ar disponibilizado ao paciente é praticamente proporcional ao seu deslocamento. Esse comportamento permite que o sistema seja mais previsível, facilitando sua modelagem.
Dessa forma, mesmo não sendo um projeto que servirá para seu objetivo inicial – de produzir ventiladores de baixo custo para auxiliar no combate à pandemia de Covid-19 –, o conhecimento gerado poderá servir de base para produção de um substituto de baixo custo para os ventiladores convencionais da rede hospitalar.
informação
Professora Maíra Martins da Silva
Departamento de Engenharia Mecânica (SEM)
E-mail: mairams@sc.usp.br
Por Assessoria de Comunicação da EESC
Imagens: Adaptações de Felipe Finco
