Открытый пульмонарный вентилятор для COVID-19: DIY система вентиляции на базе Arduino

Компоненты и материалы

Компонент	Количество	Примечание
Arduino UNO	1	Для версии с Arduino
Arduino 4 Relay Shield	1	Для версии с Arduino
Цифровой сервопривод MG995	1	Для всех версий
Модуль LM2596S (понижающий преобразователь)	2	Для всех версий
Многоворотковый потенциометр 10 кОм (линейный)	1	Для всех версий
Блок питания 60W PCIe 12V 5A (Digilent)	1	Для всех версий
Светодиод 5 мм (красный)	1	Для всех версий
Светодиод 5 мм (зеленый)	1	Для всех версий
Алфавитно-цифровой LCD 20×4	1	Для всех версий
Кнопка выключателя 220В	1	Для всех версий
Маска для сноркелинга (полно лицевая)	1	Decathlon или аналог
Электромагнитный клапан (2-путевой)	1	Для управления потоком воздуха

Необходимые инструменты и оборудование

• 3D-принтер (например, Anet A8) — для печати деталей корпуса и адаптеров
• UV-экспозиционная коробка (Lightbox) — для изготовления печатных плат

Программное обеспечение и сервисы

• Arduino IDE — прошивка микроконтроллера
• PCB Elegance — проектирование печатных плат
• Autodesk Fusion 360 — 3D-моделирование деталей

О проекте

Этот проект представляет собой open-source неинвазивный вентилятор, разработанный для борьбы с дефицитом аппаратов ИВЛ во время пандемии COVID-19. Устройство является низкобюджетным, простым в изготовлении и предназначено для экстренного использования, когда нет доступных вентиляторов, а пациент не требует интубации или седации.

История создания

Проект инициировал бывший учитель и друг автора Серафим Пиреш, предложив разработать решение на основе испанского опыта. После изучения темы неинвазивной вентиляции лечений (NIV) был создан функциональный прототип, объединяющий две существующие технологии:

1. Использование масок для сноркелинга (Decathlon Easybreath) в качестве интерфейса пациента.
2. Механический привод для сжатия амбу-мешка (реанимационного мешка) сервоприводом.

Результаты тестирования

• Все тесты прошли успешно.
• Функциональный тест длился более 20 дней без сбоев.
• Технология адаптации масок для сноркелинга использовалась во многих странах из-за низкой стоимости и простоты.
• В Португалии данная методика применялась в больнице Сантарем (подтверждено новостями и интервью по радио).

Принцип работы

Неинвазивная вентиляция осуществляется через 얼굴ную маску, подающую под давлением заданный объем воздуха в легкие. Это поддерживает естественное дыхание при отказа легких, позволяя организму бороться с инфекцией.

Устройство управляет частотой дыхания (10–60 вдохов/мин) и уровнем PEEP (позитивное давление в конце выдоха, 0–10 см H₂O) через потенциометры. Сервопривод сжимает амбу-мешок, а электромагнитный клапан и предохранительный клапан обеспечивают безопасность.

⚠️ Важное предупреждение

Этот прототип не прошел официальную медицинскую сертификацию. Автор отклоняет любую ответственность за его использование. Применение допускается только в крайних случаях, квалифицированным медицинским персоналом, как мера спасения жизней при пиковой нагрузке. Массовое воспроизведение возможно только после одобрения компетентных органов Португалии.

Код прошивки (Arduino)

Основной скетч INOVT_COVID19_Version_2.2.ino реализует:

• Управление сервоприводом для сжатия амбу-мешка.
• Чтение настроек частоты и PEEP с потенциометров.
• Мониторинг потока воздуха датчиком (проверка разрыва цепи).
• Индикацию на LCD 20×4 (частота, PEEP, состояние, анимации).
• Аварийную сигнализацию (звуковую и световую) при потере потока воздуха.
• Watchdog-таймер для предотвращения зависаний.

Код объемный (около 500 строк), включает пользовательские символы на LCD, плавный запуск, автотест датчика потока и регулировку фаз вдоха/выдоха с учетом соотношения 1:2 (вдох:выдох).

Ключевые фрагменты:

// Основные определения пинов
#define PIN_SERVO 6
#define PIN_FREQ A1
#define PIN_PEEP A0
#define PIN_LED 2
#define PIN_LED2 3
#define PIN_Alarm_Relay 8
#define PIN_Safety_Valve 9
#define SENSOR_FLOW A3

// Режим работы
#define EXPIRANDO 0
#define INSPIRANDO 1
#define MIN_ANGLE 92
#define MAX_ANGLE 139

// В loop() вычисляются valInspira, valExpira, valPeep
// и вызывается setServo() для переключения фаз.
// При срабатывании SENSOR_FLOW (HIGH = нет потока) — авария.

Полный код доступен в разделе Code исходного проекта. Также предоставлен архив INOVT_COVID19_Version_2.2.rar.

3D-модели и инструкции

Все детали печатаются на 3D-принтере с высокой точностью. В архиве inovt_covid19_version_2_0_david_pascoal_0mbFUa0ce1.rar содержатся:

• Модели для адаптации маски Decathlon (вырезание отверстий, крепление клапанов).
• Корпус для электроники и механизма привода.
• Пошаговая инструкция по переделке маски (см. изображения).

Схемы подключения