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Col fiato sospeso: come progettare un autorespiratore

Una delle parole chiave, quando si parla dell’elettronica di oggi, è “portatile”. Gli sviluppi tecnologici hanno messo a disposizione, tanto di chi progetta per hobby quanto di chi lo fa per professione, tanta potenza nel palmo di una mano. Questo significa che, qualsiasi cosa ci venga in mente di fare, è facile che riusciamo a farla portatile, magari abbastanza da infilarla nella tasca di una giacca o in un borsello. Ma se tante volte “portatile” è una caratteristica sufficiente, in certi casi diventa una caratteristica necessaria. Il biomedicale è uno di questi ambiti. In questo articolo vi faremo vedere come sia possibile progettare, con un microcontrollore e qualche componente opportunamente scelto, un autorespiratore portatile. Abbastanza portatile da entrare in una valigetta.

OGGI SALVIAMO IL MONDO

La differenza sostanziale tra un ingegnere e un nerd è che l’ingegnere vuole fare soldi divertendosi, il nerd vuole divertirsi e basta. La chiara zona di intersezione nei relativi diagrammi di Venn fa sì che durante il fine settimana, tolta l’eventuale camicia e indossata la più confortevole T-shirt, l’ingegnere torni alle sue più scanzonate origini e si dedichi a quell’attività che risponde al termine tecnico di “smanettamento”. Il nerd si arma quindi di demo board, schede di espansione, viti, fili e bulloni, motori, componenti vari e sensori di ogni tipo, ne riempie quelle scatoline che persone più normali utilizzano per l’attrezzatura da pesca o da cucito, e li usa per dare forma ai giocattoli dei suoi sogni. Ecco quindi nascere robot radio-guidati, filo-guidati e non guidati affatto che inevitabilmente finiscono per ammaccare il tavolino del salotto, o droni attaccati ad un cavo da arrampicata per impedire che scappino via e vadano ad esplodere contro una finestra prima che il nerd abbia avuto il tempo di regolare i giroscopi.

Rilassatosi abbondantemente in questo modo, il lunedì mattina il nerd mette la camicia e tenta (spesso vanamente) di assumere un’aria professionale mentre si dedica a quell’attività che risponde al termine tecnico di “lavoro”, ma che in realtà è uno smanettamento sotto mentite spoglie. Quando l’ingegnere vi mostrerà il powerpoint in cui descrive il modo in cui ha intenzione di salvare il mondo, non lasciatevi ingannare dalle apparenze: in realtà quello è il modo in cui ha deciso di divertirsi oggi. Solo, per una volta si tratta di un progetto utile.

 

TIRIAMO IL FIATO

Figura 1: Respiratore ospedaliero.

Figura 1: Respiratore ospedaliero.

 

Da quello che vi sembra di capire è qualcosa che ha a che vedere con la respirazione. La prima slide mostra un apparato che non finisce più, due grosse bombole collegate a delle valvole e a dei tubi di orribile plastica bianco latte. In mezzo, uno scatolotto pieno di levette e manopole e con un grosso display al centro, stile analizzatore di spettro ante litteram (quello con i floppy, per intenderci). Il tutto è sorretto da un’inquietante impalcatura fatta di stanghe di alluminio e bulloni cromati che sembrano prese di peso da uno stock di stampelle rotte. Una cosa tipo quella nella Figura 1.

La seconda slide mostra invece un bel pascolo di montagna con un elicottero poggiato su un costone e accanto una gif molto carina di un omino che prima boccheggia e poi casca a terra stecchito, con mezzo metro di lingua di fuori e delle croci sugli occhi. L’animazione che parte mostra l’attrezzatura di prima davanti al portellone dell’elicottero con una grossa X rossa lampeggiante sui due. L’ingegnere a questo punto vi spiega l’ovvio: il grosso respiratore ospedaliero di prima va bene se sei in ospedale, ma prima in ospedale devi arrivarci. Se sei chissà dove e ti senti male, non è detto che i soccorsi possano arrivarci con l’autoarticolato necessario per caricare tutta quella roba. Serve qualcosa di più piccolo, più pratico, più maneggevole.

L’ingegnere vi spiega come l’ingombro maggiore sia ovviamente quello delle bombole, ma qui stiamo parlando di un kit portatile che serve per garantire che il paziente arrivi in ospedale, dove di bombole (si suppone) ce ne sono a volontà. Bastano delle bombole più piccole, abbastanza da entrare dentro una valigia. Il resto è reso possibile da quello stesso miracolo che riempie la scatola per attrezzi da pesca del nerd: oggi si può avere tanto a molto, molto poco. Sensori e attuatori sono piccoli, economici e facili da reperire. Per il controllo basta una delle infinite schede a basso costo che potete trovare su internet da innumerevoli produttori. Ci vuole solo un po’ di “lavoro”, se è qualcosa che intendete fare dal lunedì al venerdì.

Lo scopo è pompare aria nei polmoni. Ci serve quindi una pompa? In realtà no: ci basta una bombola di gas compresso e una valvola da aprire quando necessario. La pressione del gas contenuto nella bombola gonfierà, attraverso i tubi, i polmoni. Quando la pressione polmonare avrà raggiunto il valore desiderato, si chiude la valvola e si lascia che i polmoni si svuotino. Non serve estrarre l’aria, i polmoni faranno da soli. È come quando si gonfia un palloncino: la pressione del gas riempie il palloncino, facendolo dilatare; l’elasticità della gomma spinge fuori l’aria nel momento in cui non si pompa più aria al suo interno (carina la gif del palloncino che scappa via dalla slide, non vi pare?) Per realizzare il sistema, quindi, tutto quello che vi serve è una serie di elettrovalvole, dei sensori di pressione, e qualcosa che regoli il flusso d’aria che facciamo fluire nei polmoni, per evitare che sia troppo veloce o troppo lento. Un microcontrollore nel mezzo regolerà le valvole a seconda delle letture dai sensori.

 

Figura 2: Elettrovalvola FESTO.

Figura 2: Elettrovalvola

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2 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 4 gennaio 2018
  2. Stefano Lovati Stefano Lovati 4 gennaio 2018

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