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将样品放在3D Fuge中进行分离。图片:Rob Felt, Georgia Tech

健康

2021年5月27日

节俭的工程超越了成本

贡献:机械工程杂志

乔治亚理工学院的一位教授教学生们为发展中国家的人们制作直观、低成本的工具。图片:Rob Felt, Georgia Tech

在电力和昂贵设备一样稀少的地方,工程师们开发低成本设备当然不是第一次。但是,佐治亚理工学院化学和生物分子工程教授萨阿德·布哈姆拉(Saad Bhamla)说,这些解决方案并不一定“节俭”。

“你很难把这些东西放进口袋里。它们的性能可能不如更昂贵的设备,而且它们的部件也不容易获得,”他补充道。

在现场工作但依赖智能手机作为传感器或跟踪信息的简单设备不符合Bhamla的节俭工程定义。

根据Bhamla的说法,定义节俭工程的原则是高性能、低成本、容易获取和非常便携。他的实验室部分致力于节俭科学,这是他和他的同事在斯坦福大学进行博士后研究时创造的术语。

原点

Bhamla将他现在的研究追溯到他在斯坦福大学的时候,特别是他在斯坦福大学物理生物学家Manu Prakash手下帮助开发的一个纸离心机。

斯坦福的团队知道离心机在发展中地区很难获得,那里的医生需要离心机来诊断疾病,包括疟疾、结核病或艾滋病。该离心机体积庞大,价格在3000美元至4000美元之间,需要电力运行。

但它们总是被需要的。

“从全血中提取血浆,到分析血液、尿液和粪便等生物液体中的病原体和寄生虫浓度,离心机是任何医疗诊断设施的主要设备,”Bhamla和他的同事在2017年1月版的《科学》杂志上发表的一篇论文中写道自然生物医学工程

成本和可访问性问题并不是什么新问题。工程师们一直在研究一种廉价的替代品,它能像昂贵得多的表亲一样有效地发挥作用。这些版本使用搅蛋器或沙拉旋转器来旋转。但是它们太笨重了;它们不能装在口袋里;而且它们的转速极低,这使得它们在纺纱样品上花费的时间长得不切实际,Bhamla说。

普拉卡什的团队受到了旋转木马的启发,这是一种由圆形圆盘制成的玩具,通过拉动穿过圆盘中心的绳子来旋转。他们的发明,Paperfuge,也是由绳子拉动和旋转的磁盘组成,在这个例子中,是电线。

纸张糊是由纸板、鱼线和PVC管制成的。装满样品的小塑料管粘在圆盘上并旋转。Bhalma和他的同事报告说,Paperfuge在不到90秒的时间内就从血液滴中分离出纯血浆。

它可以装在口袋里,便于携带到现场。

Bhamla希望看到它的使用可以激发非工程师创造另一种类型的节约工程设备。

Bhamla说:“我想让其他人有能力制作他们自己的东西。”事实上,他和高中生一起制作了3D-Fuge,一个3d打印版的Paperfuge。

图片由佐治亚理工学院提供

精打细算

模仿当前的设计以找到节俭的解决方案的想法让他开始思考。作为一名教授,他能否将节俭工程的原理传达给其他人以启发呢?

答案是肯定的。

通常情况下,“有些东西就在你面前,比如旋转木马。”然后就是逐步解决问题的问题。”Bhamla说。“或者有时是找到一个完整的基本元素,然后通过使用一种机制来降低成本,这种机制只需要几分钱就能产生所需的物理元素。”

许多努力都始于一个问题。比如,为什么助听器这么贵?

在美国,这种药的费用约为5000美元,而且不包括在医疗保险内。因此,人们多年来一直在用失灵的助听器,甚至干脆不用助听器。

Bhalma的团队正在开发一种不到一美元的助听器。该设备可以帮助数百万人,该实验室已经获得了来自国家科学基金会、Mindlin基金会、Capita基金会和国家地理基金会的资助。

当然,Bhamla知道他的实验室并不是唯一一个在节约工程道路上的实验室。无论是科学家、学生还是真正的用户,“都有人在思考这个问题,”他说,并相信分享想法将推动努力更快更远。

“不用在真空中工作总是好的,”他说。“因为其他人都在研究这个问题,我看到了学生们带给我的想法和东西。这是非常有用的。”

进一步加快节约工程已经成为了Bhamla的使命;这一使命可能会造福数百万人。


关于作者

Jean Thilmany是美国明尼苏达州圣保罗的一名科技作家。这篇文章是最初发表于asme.org,经允许转载。

标签:负担得起的设计医疗技术

机械工程杂志

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