Comment l'université du Minnesota et DigiKey ont rapidement conçu des respirateurs pour les cas de COVID-19

L'université du Minnesota et DigiKey Electronics ont collaboré pour rapidement concevoir et commercialiser un respirateur de base qui peut être fabriqué rapidement et à moindre coût afin d'aider les patients atteints du nouveau coronavirus. Il s'agit de l'une des nombreuses initiatives menées par des sociétés comme Dyson, Medtronic, Ford, GE, GM et bien d'autres qui permettent à ceux qui se battent en première ligne dans les structures médicales du monde entier de continuer à répondre aux besoins de leurs patients sans perdre espoir.

La manière dont le respirateur de l'université du Minnesota (Figure 1) a vu le jour et est rapidement passé du concept à la réalité est une histoire fascinante d'ingéniosité, de collaboration interdisciplinaire et de partenariat entre les entreprises en temps de crise. Ce n'est qu'un exemple parmi tant d'autres, mais voici comment tout a commencé et comment le produit s'est développé.

Figure 1 : La conception du respirateur développé par l'université du Minnesota en collaboration avec DigiKey Electronics a débuté le 15 mars. (Source de l'image : Aaron Tucker, université du Minnesota)

Le Dr Steve Richardson, anesthésiste en réanimation rattaché à l'université du Minnesota, a commencé à fabriquer un respirateur d'urgence à faible coût vers le 15 mars, en s'approvisionnant en équipements et en ressources auprès d'amis ingénieurs biomédicaux et d'autres sociétés privées.

Le Dr Richardson a parlé du projet à l'un de ses amis ingénieur biomédical et s'est rendu dans la salle d'opération de l'université pour tester certaines de ses idées tout en faisant des recherches dans un manuel datant des années 1950 pour voir quels types de conception seraient possibles pour un respirateur simple et rapide. Au bout de quelques heures seulement, il disposait d'un prototype simple, mais parfaitement fonctionnel.

Il a contacté plusieurs sociétés, leur a expliqué qu'il était anesthésiste en réanimation et qu'il travaillait sur ce respirateur simplifié pour aider à lutter contre l'épidémie de COVID-19 et a demandé à parler aux PDG. Il a reçu l'aide de plusieurs sociétés privées ayant une expertise en matière de fabrication d'équipements et d'ingénierie.

Si la FDA donne son aval, le Dr Richardson pourra augmenter la production très rapidement. Des milliers de respirateurs de ce type pourront être produits en l'espace de trois semaines environ. Le coût ne représentera qu'un petit pourcentage d'un respirateur d'hôpital standard.

J'ai entendu certaines personnes dire qu'elles ne voudraient jamais être mises sous respirateur « bon marché ». Personnellement, je préférerais avoir une version basique plutôt que rien du tout.

Il s'avère que la conception du Dr Richardson est similaire à celle utilisée dans de nombreuses ambulances (Figure 2). Cependant, au lieu de faire pression manuellement sur la poche pour ventiler le patient et le maintenir en vie, l'action de pompage est contrôlée électroniquement et implémentée mécaniquement.

Figure 2 : Le nouveau respirateur est similaire à un respirateur manuel fréquemment utilisé dans les ambulances, mais l'action de pompage est mécanique. (Source de l'image : Ambu USA)

Dans le cadre de mes recherches pour la rédaction de cet article, j'ai pu entrer en contact avec Aaron Tucker, superviseur de laboratoire/coordinateur du développement technique à l'Earl E. Bakken Medical Devices Center. Aaron est doctorant en génie mécanique et suit le programme du Dr Richardson (Figure 3).

Figure 3 : Aaron Tucker, superviseur de laboratoire/coordinateur du développement technique avec un prototype de leur respirateur. (Source de l'image : Aaron Tucker, université du Minnesota)

Aaron Tucker a accepté de répondre à quelques questions sur le programme, sur l'implication de DigiKey et sur l'évolution du programme :

Steve Taranovich : Pourquoi avoir choisi la société DigiKey pour l'acquisition des composants requis ? Sera-t-elle le seul fournisseur ?

Aaron Tucker : Il existe plusieurs sociétés avec lesquelles nous avons collaboré ces dernières semaines, notamment DigiKey, Teknic, Protolabs, Electronic Systems Inc., MGC Diagnostics et UMN Medical School.

Concernant DigiKey, nous connaissions déjà leurs vastes capacités en flux tendu, et le courant est tout de suite bien passé avec Randall Restle. Leur réactivité a été remarquable ces deux dernières semaines, et nous n'aurions pas pu réaliser nos 25 premiers prototypes sans eux.

Steve Taranovich : Qui est responsable de l'assemblage ? Où seront-ils assemblés ?

Aaron Tucker : Nous collaborons avec un certain nombre de sociétés locales d'appareils médicaux du Minnesota pour qu'elles les fabriquent et les assemblent dans leurs installations du Minnesota.

Steve Taranovich : Et le coût ? Qui va payer ?

Aaron Tucker : Tant que nous n'aurons pas terminé l'examen de la conception en matière de fabricabilité, nous ne pouvons pas fixer de coût.

Steve Taranovich : Combien comptez-vous en fabriquer ?

Aaron Tucker : Nous ne connaissons pas encore la demande concernant ces respirateurs. Certaines prévisions parlent de centaines de milliers rien que pour les États-Unis. Comme la situation est en constante évolution, notre objectif est d'en fournir très rapidement plusieurs milliers, puis de réévaluer la demande américaine à ce moment-là.

Steve Taranovich : Envisagez-vous de transmettre la conception à d'autres pour qu'ils aident à les fabriquer ? Peut-être à d'autres universités ?

Aaron Tucker : Nous comptons mettre en place une licence open-source par l'intermédiaire de l'université du Minnesota. Nous voulons fournir une conception qui puisse être fabriquée même par des sites disposant d'équipements moins chers et moins performants. Nous espérons parvenir à une conception qui pourra être fabriquée dans d'autres pays qui n'ont pas forcément accès à des équipements essentiels.

Steve Taranovich : Combien de temps faudra-t-il pour produire une unité ?

Aaron Tucker : Nous espérons connaître cette information dans la semaine à venir.

Steve Taranovich : Qui inspecte les produits finis ? Comment seront-ils testés ?

Aaron Tucker : L'entreprise de fabrication effectuera les tests et les contrôles.

Poursuivre la conception des respirateurs

Figure 4 : Selon Kari Jesme, Directrice commerciale chez DigiKey Electronics, les équipes de vente, d'ingénierie, de valeur ajoutée, de distribution et de support aux applications de la société travaillent avec l'université du Minnesota et de nombreuses autres personnes se mobilisant pour répondre aux besoins liés aux respirateurs dans tout le pays. (Source de l'image : DigiKey Electronics)

Du point de vue de DigiKey, la collaboration fait partie d'un effort continu pour soutenir les professionnels de santé en première ligne, à la fois directement par des efforts d'accompagnement local dans sa ville de Thief River Falls, et indirectement en aidant à fournir les composants électroniques, le matériel et le support technique dont l'équipe de l'université du Minnesota et les nombreuses autres personnes travaillant au développement des respirateurs ont besoin.

« DKE fait beaucoup de choses en coordination avec ses clients et fournisseurs existants et avec ses équipes internes afin de soutenir le plus grand nombre de personnes possible », a déclaré Kari Jesme, Directrice commerciale chez DigiKey Electronics pour le centre des États-Unis et le Mexique (Figure 4).

« Notre équipe commerciale collabore avec nombre de nos clients mobilisés pour répondre aux besoins liés aux respirateurs dans tout le pays. Certains fabriquent ces dispositifs en temps normal, et de nombreux autres, comme l'université du Minnesota, se sont lancés et utilisent maintenant leurs installations pour soutenir la cause. »

Il s'agit là d'un engagement massif à l'échelle de la société, qui témoigne du changement radical qui s'opère dans le monde entier. Par exemple :

• Le service de valeur ajoutée de DigiKey fabrique des assemblages de câbles pour honorer des commandes de l'ordre de 10 000 à la fois et plus.
• L'équipe dédiée aux fournisseurs travaille assidûment avec les fournisseurs pour garantir l'approvisionnement des composants afin de répondre aux besoins supplémentaires et organise des réunions quotidiennes pour essayer d'accéder à un plus grand nombre de composants très utilisés dans ces dispositifs.
• L'équipe d'ingénierie cherche différents canaux et possibilités pour trouver des composants alternatifs en cas de besoin ou pour fournir éventuellement des sources supplémentaires et ainsi contribuer à la conception.
• Cette même équipe soutient les clients en leur proposant des conceptions existantes et de nouvelles conceptions, et contribue à faciliter la transition rapide de la conception à la production, parfois en quelques jours.

« Un client a eu besoin de composants le week-end dernier afin d'avoir des exemples concrets aujourd'hui pour un respirateur », a expliqué Kari Jesme. « Nous avons pu travailler avec le centre de distribution de produits pour que la commande soit préparée hier. Le client est venu la récupérer et a pu l'utiliser aujourd'hui. Il a travaillé en étroite collaboration avec l'un de nos ingénieurs d'application sur la sélection des composants. »

Outre le câblage, ces produits incluent des alimentations, des codeurs et des connecteurs.

« Nous sommes très reconnaissants de pouvoir apporter notre petite contribution pour lutter contre cette pandémie, et tout cela est possible grâce à la situation de notre stock [de composants], aux services à valeur ajoutée, aux relations que nous entretenons avec nos fournisseurs et nos clients, ainsi qu'à notre formidable équipe de distribution de produits et aux relations que nous entretenons avec nos partenaires logistiques pour fournir des composants indispensables en ce moment. »

Parmi les nombreuses sociétés qui participent à la réalisation de ces respirateurs en grande quantité, on peut citer Dyson, célèbre pour ses aspirateurs. James Dyson, le fondateur, a reçu un appel du Premier ministre britannique en personne, Boris Johnson, lui demandant de l'aide. En dix jours, lui et son équipe ont conçu le CoVent. D'autres sociétés travaillent actuellement au développement de respirateurs au niveau mondial, notamment Medtronic, Ford, GE et GM, pour n'en citer que quelques-unes.

Conclusion

Je suis vraiment fier de la créativité et de la collaboration en matière de conception dont ont fait preuve ces médecins, ingénieurs, techniciens, fabricants et distributeurs qui se sont mobilisés pour apporter leur aide lors de cette crise mondiale majeure. Le virus ne tient compte ni des plans d'activités ni des frontières. Il perturbe la vie des foyers et menace un nombre incalculable de personnes. Toutefois, il fait également ressortir ce qu'il y a de meilleur en chacun d'entre nous, et on ne peut que s'en réjouir.