DEAP koncept: Life Monitor - 41030: Design af mekatronik Philip Lindholm d Amore s112990 Marie Stampe Berggreen s112958 Martin Pasfall Christensen s112988 Anna Katrine Heuschkel s112966 Lykke Strange Olsen s112954 Joen Rommedahl s103422 10. April 2013
1 Indledning I kurset Design af mekatronik er vi blevet præsenteret for Polyplasts DEAP teknologi (Dielectric Electro Active Polymer). Denne teknologi stiller et materiale til rådighed, der både kan fungere som sensor, aktuator eller generator. Teknologien fungerer ved at et lag silikone er belagt med et meget tyndt lag aluminium på hver side. Der sættes en spænding over de to aluminiumslag, hvorved de fungerer som en kondensator. Da der er en matematisk sammenhæng mellem afstanden på de to sider og konduktansen i mellem dem, kan materialet nu fungere som aktuator, sensor og generator. På bagrund af to gæsteforelæsninger fra Danfoss er vi blevet stillet den opgave at designe et innovativt og brugbart koncept til anvendelsen af denne nye teknologi. Vores koncept skal designes til brug i en ambulance eller af ambulancereddere i redningssituationen. DEAP teknologien skal udgøre den centrale funktion i vores koncepts design og samtidig skal vores koncept være mekatronisk. 2 Konceptet Konceptet Life Monitor er et bælte integreret i ambulancens patientseng, som er baseret på DEAP teknologien. Når den tilskadekomne anbringes på båren spændes bæltet omkring brystet. Da bæltet er fremstillet i et DEAP-materiale, giver det mulighed for at monitorere den tilskadekomnes åndedræt og puls. Dette sker ved at registrere brystkassens udvidelse og sammentrækning hvilket vil strække i det elastiske materiale. Det er tanken, at materialet skal kunne skelne mellem åndedræt og hjerteslag, og vise disse informationer på et display på en monitor i ambulancen. Desuden er bæltet koblet sammen med en defibrillator, der sidder på bæltet over brystkassen, således at denne er hurtig tilgængelig hvis bæltet skulle registrere et hjertestop hos den tilskadekomne. Evt. kunne bæltet tænkes at udøve hjertemassage på den tilskadekomne hvis defibrillatoren ikke er i stand til at få gang i hjertet. 2
3 Det mekatroniske i Life Monitor Life Monitor kombinerer teknologien bag Polyplasts DEAP-teknologi med de egenskaber vi har lært i mekatronik. På den måde vil vi forsøge at skabe et mekatronisk produkt, der udnytter denne nye teknologi. I et mekatronisk produkt lægges der vægt på at konceptet indeholder dele af henholdsvis mekanik, software og elektronik. 3.1 Mekaniske dele I konceptet Life Monitor er der to dele, der bedst løses ved en mekanisk løsning. Disse er mekanismen til at få bæltet rullet ud af båren, og måden hvorpå de to ender af bæltet samles rundt om patienten, over brystet. Bæltet er rullet op på ruller, der er placeret i madrassen på båren eller i selve båren under patientens ryg. Der vil være brug for to ruller, en til højre side og en til venstre side. (jf. skitse). De to bælter hives ud samme sted, men der er to ender. Den måde bæltet trækkes ud på, er i stil med princippet kendt fra sikkerhedsseler i biler, eller ledningen i en støvsuger. Brugeren hiver i bæltet, og efter det er låst på toppen af patientens bryst, vil stoffet stramme sig om patienten. På den måde vil det ligge så stramt som muligt rundt om patienten. Vi har overvejet, at bæltet skal smøres med noget gele af en art, når det trækkes ud af madrassen, for at sikre at bæltet kan komme hele vejen rundt om patienten og være nogenlunde lige deformeret hele vejen rundt. Det kunne være den gele som i forvejen bruges inden for den medicinske verden, bl.a. i forbindelse med scanninger. Når bæltet efter endt tur åbnes over brystet på patienten, vil det glide tilbage på rullerne. Når bæltet rulles ind, har vi ligeledes overvejet, om der skulle være en form for rensning af stoffet, og en afskrabning af geleen. Selve lukningen af bæltet har vi haft mange forskellige idéer til. Vi har overvejet en almindelig klik-lås, kendt fra eksempelvis rygsække. Denne har den fordel, at den siger en lyd når spændet er låst rigtigt fast, og redningspersonalet bør derfor ikke være i tvivl, når de lukker de to stykker stof, om de er ordentligt fastspændt. 3
Spændernes størrelse skal nøje overvejes, da det er vigtigt, at de ikke kommer i karambolage med defibrillator-felterne på stoffet. Yderligere må lukningen ikke genere patienten på brystet. En anden overvejelse har været at de to stykker stof lægges ind over hinanden, og fastlåses med en form for velcro, kendt fra blandt andet blodtryksmålere. Endvidere kan eksempelvis overvejes trykknapper. 3.2 Elektroniske dele Life Monitor s elektronik kan opdeles i fire hovedgrupper; DEAP-teknologien, elektronisk lås af rullen med DEAP-bæltet, defibrillatoren og lys/lyd (som kommunikation mellem hjertestarter og redder). 4
DEAP-bæltet spændes rundt om patientens brystkasse og måler vejrtrækning samt hjerterytme. Dette gør den, da brystkassen udvides når patienten trækker vejret og dermed strækker bæltet, hvilket opfanges af softwaren koblet til bæltet. Når patienten løftes op på båren af redderne spændes DEAP-bæltet om brystkassen vha. en låsemekanisme. Bæltet består af to ruller med DEAP-materiale, der er placeret på undersiden af båren og som trækkes op gennem et hul i bunden. Når bæltet spændes, trykker redderen på en knap på låsemekanismen, der sørger for, at rullerne under båren låses i den nuværende stilling. Dette er nødvendigt, for at forhindre brystkassens bevægelser i ikke at trække yderligere materiale ud af rullen. Låseknappen er elektronisk, og sender et signal til softwaren om at fastgøre rullerne. For at lade bæltet rulle sammen igen trykker redderen blot på låseknappen igen, hvilket frigør DEAP-rullerne. Holder patienten op med at trække vejret, eller holder hjertet op med at slå, vil bæltets software sende signal til et display og aktuatorer i form af lys og/eller lyd, der hurtigt gør redderen opmærksom på dette. I bæltet er indbygget en defibrillator. Ved hjertestop vil bæltet sende signal til displayet og spørge redderen, om hjertestart skal indledes. På denne måde undgås ulykker, hvis teknologien af en eller anden grund har "overset"livstegn. 3.3 Software Softwaren i Life Monitor er det der binder de fysiske dele sammen. Det er det der både sørger for at de interne dele i konceptet kan snakke sammen, men sørger desuden for den eksterne kommunikation. Det første softwaren skal gøre, er at nulstille værdien for måleren når bæltet strammes. Dette skal gøres for at have det korrekte udgangspunkt for at kunne måle pulsen og blodtrykket. Desuden skal softwaren også være i stand til at skelne mellem vejrtrækning og puls, for at kunne vurdere korrekt hvorvidt patienten har fået hjertestop eller ej. Softwaren skal også hele tiden sørge for at sende signal til et display om, hvad pulsen og blodtrykket på patienten er. I tilfælde af hjertestop skal softwaren sørge for at alarmere redningspersonalet, og klargøre defibrillatoren så denne er klar til brug, hvis redderen skønner at det er nødvendigt. I et produkt som dette, er det meget vigtigt at softwaren ikke indeholder betydelige 5
fejl, da dette kan få fatale følger. Desuden er det tænkt sådan, at produktet ikke skal kunne gøre noget af sig selv uden at blive aktiveret. Altså at defibrillatoren ikke kan blive sat i gang, uden at en redder har gjort dette ved tryk på en knap. Dette valg er taget, for at undgå at en person ved en fejltagelse får stød af defibrillatoren ved også at have menneskelig monitorering. Hvis konceptet også skal have indbygget hjertemassage, skal softwaren også stå for udøvelsen af denne. Altså skal softwaren sende de rette signaler, så bæltet selv kan begynde at give hjertemassage. Hvis dette blev implementeret er det vigtigt, at også denne funktion blev aktiveret manuelt af redderen ved brug af en knap eller lignende, for også at indgå at der opstår fejl på grund af softwaren eller en komponent der ikke reagerer som den skal. 4 Brugerkrav til produktet Ved videreudvikling af konceptet, er det ekstremt vigtigt, at overveje præcis hvilken brugskontekst konceptet kommer til at blive brugt i - ikke mindst fordi her er tale om en redningssituation, hvor patienten sandsynligvis være meget svækket, hvis ikke i direkte livsfare. Netop af denne brugskontekst følger en række krav til produktet, der skal sørge for, at produktet bliver brugt som det er tænkt og ikke kan forvolde skade i de varierende scenarier, hvori det vil blive taget i brug. Først og fremmest er det nødvendigt at se på, hvad DEAP-teknologien kan holde til af ydre påvirkninger. Lad os for eksempel forestille os, at det er nytårsaften og en ambulance er ude for at bringe en mand, der har sprunget en ene arm af, på skadestuen. Den tilskadekomne bliver placeret på båren med Lift Monitor spændt over brystet, der skal holde hans tilstand stabil, indtil ambulancen når tilbage til hospitalet. Her vil produktet muligvis blive påvirket af store mængder blod og skidt udefra, og det er vigtigt, at dette ikke påvirker produktets ydeevne det mindste. Vi skal også sørge for, at det ikke påvirker den tilskadekomne, hvis bæltet kommer i direkte kontakt med et åbent sår. Tidligere har vi skrevet, at bæltet muligvis skal smøres med noget gele, for at sikre, at bæltet kan komme hele vejen rundt om patienten og være nogenlunde lige deformeret hele vejen rundt. Her er det vigtigt at sørge for, at det ikke giver en infektion, hvis denne gele ved et uheld kommer ind i såret. Et andet aspekt der skal overvejes er, hvorvidt patienten selv skal kunne åbne låsen foran på produktet. Man kan forestille sig, at en person der pludselig vågner op i en ambulance indsvøbt i et bælte, vil være i en tilstand af chok og vil muligvis prøve at frigøre sig selv. Derfor er det måske mest hensigtsmæssigt, hvis det kun er redningsfolkene, der kan åbne og låse produktet. Eftersom her er tale om en liv-ellerdød situation, kan man argumentere for, at patientens komfort og eventuelle ubehag ved at være låst fast kan tilsidesættes. Af samme årsag kan krav om produktets æstetiske udtryk, farve og udformning også negligeres og man kan koncentrere sig om, at designe et meget funktionelt produkt. Endnu en problemstilling der skal overvejes, er det faktum, bæltet trækkes op af en smal revne i båren inden brug. Patienten vil i behandlingssituationen ligge oven på revnen og det er derfor vigtigt, at tøj ikke kan komme i klemme. Derudover er det selvfølgelig endnu engang relevant at sørge for, at blod og snavs, der måtte falde ned i revnen, ikke kan ødelægge produktet på længere sigt. 6
5 Konklusion Ved integration af DEAP-teknologien i et mekatronisk produkt er det muligt at designe et koncept som Lift Monitor, der letter arbejdet for redningsfolkene i ambulancer og derved forenkler deres arbejdsmiljø. DEAP teknologien er essentiel for konceptets funktion, da DEAP materialet, som bæltet er fremstillet i, gør det muligt at integrere monitorering af åndedræt og puls i samme teknologi, i og med bæltet både fungerer som sensor og aktuator. Det gør det ligeledes muligt, at få bæltet til at udøve hjertemassage på patienten ved hjertestop ved sammentrækning af bæltet. Et lignende koncept er kendt fra hospitaler til anvendelse på spædbørn, men da Life Monitor er designet til brug i en ambulance, er det vigtigt i videreudviklingen af konceptet at det tilpasses netop denne brugskontekst. Det er, som nævnt tidligere, blandt andet vigtigt, at produktet ikke kan forvolde skade i varierende brugsscenarier samt at produktet er intuitivt så det ikke anvendes forkert. Ved at forene teknologien bag Polyplasts DEAP-teknologi med de egenskaber vi har lært i mekatronik, har vi designet konceptet Life Monitor og fået indsigt i nogle af de mange muligheder der er for originale produkter, ved at kombinere disse teknologier. 7