Les astrophysiciens à la recherche de matière noire inventent un ventilateur open source bon marché pour lutter contre le COVID-19 – Serveur d’impression

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Cristiano Galbiati de l'Université de Princeton travaille depuis des années à construire un détecteur pour trouver la matière noire de l'univers. Ce schéma montre la chambre principale, un réservoir en acier inoxydable de 50 pieds de diamètre et de 50 pieds de haut. À l'intérieur, un globe métallique abrite un cryostat, qui possède un système élaboré de canalisations pour conduire l'argon et l'azote liquide et gazeux dans et hors d'une série de compartiments pour que l'élément central, la "chambre de projection temporelle", repère les particules de matière noire.

Aalseth et. al 2017

Un jour, quand quelqu'un vous demande ce que vous avez fait pendant Pandémie de covid-19, la plupart d'entre nous auront des réponses peu impressionnantes: regarder Netflix, pratiquer la cuisine, se mettre à la guitare, survivre.

Quelques-uns, cependant, auront des histoires incroyables, comme les médecins et les infirmières qui mènent une guerre pour sauver des vies. Et puis il y a les scientifiques qui ne peuvent pas entrer dans leurs laboratoires et ont entrepris des projets secondaires étonnants.

C'est le cas de Cristiano Galbiati, physicien à l'Université de Princeton, qui, avec l'aide de plus de 100 scientifiques d'Italie, de France, du Canada et des États-Unis, a conçu un ventilateur qui peut être assemblé relativement facilement avec des pièces pour la plupart sur étagère. L'appareil ne coûte que des centaines de dollars contre les dizaines de milliers qu'un tel appareil coûte généralement, et des plans sont en cours pour le produire en volume.

Il s'agit d'un projet parallèle alors que Galbiati a été mis en quarantaine à Milan, en Italie, mais qui pourrait répondre à une crise des dispositifs médicaux.

Une "ruée mondiale" a éclaté parmi les nations pour les fournitures médicales rares, rapporte The Financial Times. Bien qu'il y ait des désaccords sur la quantité de ventilateur à utiliser pour COVID-19, il y a globalement une grave pénurie de dispositifs pour COVID-19 et pour d'autres patients critiques.

Le Massachusetts prévoit de rationner les ventilateurs en fonction de qui a de meilleures chances de survivre avec un, Le Boston Globe rapports, et la Pennsylvanie fait de même, rapporte le Washington Post.

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Cristiano Galbiati, l'un des plus de 100 scientifiques qui s'associent pour concevoir le ventilateur MVM.

MVM

Galbiati et son équipe sont arrivés sur les lieux avec un plan appelé «Mechanical Ventilator Milano», ou MVM, un appareil «conçu pour être simple, bon marché et facilement réparable». Il est décrit dans un article publié le 27 mars sur le serveur de préimpression medRxiv.

Pendant des années, Galbiati et ses collègues du monde entier ont été impliqués dans la détection de la "matière noire", un nuage hypothétique de matière qui pourrait constituer la grande majorité de la masse de l'univers, mais dont la nature est encore un mystère.

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Habituellement, Galbiati et ses collègues se concentreraient sur leur projet actuel, à un mile au-dessous de la chaîne de montagnes du Gran Sasso, dans le centre de l'Italie. Appelé Global Argon Dark Matter Collaboration, formé en 2017, le collectif de scientifiques construit depuis quelques années un détecteur de matière noire appelé "DarkSide-20k". Profondément sous terre, il sera protégé des particules radioactives qui bombardent la surface de la Terre et rendent la matière noire difficile à trouver. (Plus d'informations sur le site Web de DarkSide.)

Mais Galbiati et ses collègues ont pris une pause dans ce travail pendant que l'Italie était assiégée, l'un des pays les plus durement touchés par COVID-19. Ils ont rapidement réalisé qu'il y avait un chevauchement important entre leur travail sur la matière noire et les ventilateurs, selon les réponses ZDNet par e-mail.

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Un aperçu du "Ventilateur mécanique Milano" proposé, qui est conçu pour être facile à assembler à partir de pièces standard et pour coûter très peu.

Galbiati et. al 2020

"Alors qu'il était en détention pour le virus Covid-19 à Milan, en Italie, Cristiano Galbiati a reconnu la nécessité de ventilateurs supplémentaires au début de la pandémie", a déclaré le groupe MVM dans un communiqué. La recherche de matière noire "comprend une expérience avec les systèmes de traitement de gaz et les systèmes de contrôle complexes – les mêmes capacités requises dans les ventilateurs d'hôpitaux."

En effet, un ventilateur semble une promenade dans le parc par rapport à ce que Galbiati et ses collègues ont conçu pour s'asseoir sous les montagnes du Gran Sasso. L'ensemble du projet a été expliqué en détail dans un papier préimprimé en 2017.

Voici le contour approximatif. Pour détecter la diffusion de particules qui pourraient faire allusion à la matière noire, les scientifiques construisent un réservoir en acier inoxydable de cinquante pieds de haut et de cinquante pieds de diamètre. À l'intérieur, une capsule appelée «chambre de projection temporelle», contenant le détecteur lui-même, se trouve à l'intérieur d'une autre chambre, appelée cryostat, qui possède un système élaboré de canalisations pour conduire l'argon et l'azote liquides et gazeux à l'intérieur et à l'extérieur d'une série de compartiments. Galbiati et son équipe ont dû concevoir des mécanismes précis pour purifier plusieurs tonnes de gaz et le faire circuler à des niveaux de pression spécifiques, ce qui comprend également la spécification des tolérances de nombreux composants qui doivent être achetés pour le rassembler.

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À côté de cela, un ventilateur est plus simple, mais il a encore des défis. Les ventilateurs sont des "machines compliquées" qui ne peuvent pas être "créées ou fabriquées rapidement", comme l'explique le Dr Howard Greller du St. Barnabas Hospital du Bronx, New York, dans une vidéo de The Washington Post. Le MVM est conçu pour être l'antidote à cette complexité.

Les ventilateurs ont émergé de la pratique de l'anesthésiste au milieu du siècle dernier. Pas plus tard que la Seconde Guerre mondiale, un anesthésiste a dû serrer un sac pour pousser des médicaments anesthésiques dans les poumons d'un patient. À partir des années 40, une variété de dispositifs ont été développés pour automatiser le serrage des sacs. Les créateurs du projet Milano s'inspirent d'un design particulier, introduit en 1961 par un anesthésiste britannique du nom de Roger Manley, qui se démarquait par sa simplicité. Le "Manley Ventilator", comme il est venu à être connu, avait la nouvelle approche de ne pas nécessiter de source d'alimentation, étant plutôt alimenté par le gaz injecté dans le patient.

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Le système circulatoire de l'argon et de l'azote liquides et gazeux dans le détecteur de matière noire proposé utilise largement des pompes et des systèmes de contrôle qui ont fourni une bonne base aux scientifiques qui construisent le ventilateur MVM.

Aalseth et. al 2017

Galbiati et ses collègues ont appliqué leur ingéniosité considérable pour créer une version moderne de l'appareil Manley. Leur conception est comme une réduction élégante des éléments de travail du détecteur de matière noire: des valves pour contrôler le flux d'air et d'oxygène dans le patient, et pour évacuer le dioxyde de carbone, des capteurs pour surveiller la pression et un système de contrôle pour commander les valves et capteurs.

L'unité de contrôle elle-même est composée de trois cartes de circuits imprimés: une carte microcontrôleur compatible Arduino, une carte d'entrée-sortie fonctionnant sur la puce Raspberry Pi et une carte "hub" sur mesure conçue et prototypée par les collègues de Galbiati au National Science. Laboratoire du Gran Sasso. L'équipe a décrit un système de gestion à distance basé sur le cloud pour les ventilateurs, lorsqu'une connexion Wi-Fi est activée pour le ventilateur.

Galbiati et ses coéquipiers écrivent que l'ensemble du ventilateur peut être assemblé "sur la base d'un petit ensemble d'instructions claires", tandis que le logiciel pour faire fonctionner l'unité de contrôle est open-source et peut être chargé via un processus "simple".

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Un schéma du système principal de vannes et de capteurs dans le MVM.

Galbiati et. al 2020

Une série de vidéos sur YouTube publiées par Galbiati montre le système testé.

Le groupe a soumis sa conception à des organismes de réglementation pour approbation, notamment la Food and Drug Administration des États-Unis et son équivalent européen, l'ISS. La documentation a été soumise, mais le groupe n'est pas sûr du temps que prendra le processus d'approbation mais espère le savoir bientôt, a déclaré Galbiati et ses collègues. ZDNet. Le MVM est conforme à la directive du Royaume-Uni concernant les ventilateurs "minimalement cliniquement acceptables" pour COVID-19.

L'équipe MVM travaille avec des «membres de l'industrie» et des «entreprises canadiennes et américaines» pour construire une première série de machines. Ils ont refusé d'identifier les parties, à l'exception d'Elemaster S.p.A., une entreprise de services de fabrication.

MVM n'est pas le seul effort innovant. Des initiatives semblent surgir un peu partout. Le Massachusetts Institute of Technology, par exemple, a des plans open source pour un ventilateur qu'il appelle E-Vent, inventé à l'origine en 2010, et a construit un prototype, comme ZDNet a signalé.

Galbiati et son équipe ont refusé de commenter les différences entre leur système et l'E-Vent, déclarant: "Les ventilateurs sont absolument nécessaires. Nous souhaitons du succès à tous ceux qui les développent."

La bataille pour les ressources suggère qu'un certain nombre d'initiatives trouveront une opportunité si elles peuvent être construites en volume. Compte tenu de l'expérience de Galbiati et de ses collègues avec les instruments les plus complexes au monde, il y a des raisons de croire qu'ils sont particulièrement qualifiés pour contribuer.

Vous pouvez aider de plusieurs manières. Le collectif de matière noire de Galbiati est financé par plusieurs institutions, dont la National Science Foundation des États-Unis et l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italien, mais le projet de ventilation a besoin de son propre soutien. Une façon de faire un don est la page Go Fund Me pour MVM, qui avait levé jeudi plus de 31 000 € sur un objectif initial de 20 000 €. Si vous souhaitez apporter une contribution directe, la section financement du site Web MVM propose des options supplémentaires. Et vous pouvez également envoyer un e-mail direct à l'e-mail de contact principal de MVM.

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