Africa e Covid, come il ‘design frugale’ ha risolto problemi

Quando mancano le risorse si deve attingere all'inventiva. Spesso i risultati sono straordinari

Quando il COVID-19 si è diffuso in Africa nell’aprile 2020, anche la dottoressa Msandeni Chiume Kayuni si è trovata a dover far fronte a una crisi di approvvigionamento nelle forniture. Come responsabile di Pediatria al Kamuzu Central Hospital di Lilongwe, Malawi, il suo team ha dovuto affrontare una carenza critica di maschere chirurgiche N95 e normali. Come se non bastasse, infermieri e medici sono entrati in sciopero.

“Abbiamo avuto membri del personale dell’ospedale che hanno messo giù i loro strumenti perché non ritenevano che fosse sicuro praticare”, ci ha detto in un’intervista.

Ma qui, l’ingegnosità è entrata in gioco. Sono stati acquistati degli impermeabili al mercato locale per usarli come dispositivi di protezione personale, visto che non potevano permettersi camici appropriati che costavano tre volte tanto. A differenza dei camici usa e getta, gli impermeabili possono essere facilmente disinfettati in candeggina e riutilizzati.

In tutto il mondo, mentre la catena di approvvigionamento globale per i DPI di base, i test diagnostici e le attrezzature per trattare i malati critici di COVID-19 mancavano a causa dell’enorme richiesta, il personale medico ha improvvisato e gli ingegneri hanno iniziato a sviluppare soluzioni quasi dall’oggi al domani. Gli studenti di ingegneria hanno utilizzato gli spazi per maker dell’università per inventare e produrre nuove tecnologie – schermi facciali, stazioni automatizzate per il lavaggio delle mani, attrezzature per test diagnostici e apparecchiature di supporto respiratorio – che hanno permesso agli operatori sanitari di fornire cure efficaci in sicurezza.

Come ingegneri che lavorano negli Stati Uniti e in Malawi per sviluppare dispositivi medici efficaci ed economici per le comunità a basso reddito, pratichiamo e insegniamo abitualmente questo livello di intraprendenza, soprannominato “design frugale“.

Cos’è il design frugale?

Il design frugale o ingegneria frugale è il processo di riduzione della complessità e quindi del costo di un bene e della sua produzione. Di solito questo si riferisce alla rimozione di caratteristiche non essenziali da un bene durevole, come un’auto o un telefono, al fine di venderlo nei paesi in via di sviluppo. Tali servizi e prodotti teoricamente non devono essere di qualità inferiore, ma offrire la massima prestazione senza compromettere la qualità.(Wikipedia) E’ anche un metodo utilizzato per realizzare soluzioni in circostanze di scarsità di risorse, cioè con i materiali che si hanno a disposizione sul posto in un certo momento. Un esempio noto a tutti è stata in Italia durante il primo lockdown la maschera da sub di Decathlon trasformata in ventilatore ospedaliero per malati di Covid-19. L’idea era venuta a un ex primario dell’Ospedale di Gardone Val Trompia, in provincia di Bescia, il dottor Renato Favero, che ha contattato la società Isinnova, costituita da un team di ingegneri e designer, la quale stava realizzando in stampa 3D le valvole di emergenza per respiratori.

Fai quello che ti serve con quello che hai: esempi di frugal design

Il personale medico dell’Ospedale in Malawi ha riutilizzato le maschere N95 disponibili, destinate ad essere usate una sola volta, per settimane o mesi, il che ha richiesto modi innovativi per disinfettarle, compresi riscaldatori, sterilizzatori a gas e luce ultravioletta.

La UVC – luce ultravioletta a lunghezza d’onda corta – uccide o inattiva i virus, compreso il SARS-CoV-2, il virus che causa la COVID-19. Durante la pandemia, gli scienziati hanno installato sistemi UVC nelle stanze di riserva degli ospedali per disinfettare le maschere.

Anche l’Università del Nebraska Medical Center ha equipaggiato una stanza con torri di luce UVC e ha rivestito le pareti con una pellicola riflettente per massimizzare la dose di luce UVC. Le maschere sporche sono attaccate a file di stendibiancheria nella stanza UVC. Un operatore fuori dalla stanza avvia le luci, e un rilevatore nella stanza assicura che le maschere abbiano ricevuto una dose di luce che uccide il virus. Le maschere possono essere disinfettate e riutilizzate più volte senza danneggiare la loro integrità.

Gli ingegneri di Houston, Malawi e Tanzania hanno lavorato insieme per ridurre a meno di 800 dollari il costo dei sistemi di disinfezione in camere UVC, e diversi sistemi sono ora installati negli ospedali di Malawi e Tanzania. Gli ingegneri di altre località hanno costruito stazioni di disinfezione adattando le luci UV nelle cappe normalmente utilizzate per far crescere le cellule in coltura o riproponendo la luce UV in un disinfettante per acquari.

Innovazione locale per i DPI

In tutto il mondo, gli studenti di ingegneria hanno utilizzato i laboratori e gli spazi delle università, stampanti 3D e taglierine laser per produrre rapidamente i nuovi progetti di DPI in amggiori quantità. Gli studenti e il personale delle due scuole di ingegneria del Malawi, Malawi Polytechnic e Malawi University of Science and Technology, e del Dar es Salaam Institute of Technology della Tanzania, hanno adattato progetti open-source (cioè progetti aperti che possono essere utilizzati da tutti) per produrre schermi facciali. Si sono consultati con i medici degli ospedali partner per migliorare il comfort e la sicurezza, utilizzando solo materiali disponibili localmente.

Le organizzazioni per lo sviluppo internazionale, tra cui l’UNICEF e il Programma delle Nazioni Unite per lo Sviluppo, hanno ordinato oltre 8.000 schermi facciali che sono stati prodotti localmente e consegnati agli ospedali della zona.

Ripensare i test Covid-19

Nelle prime fasi della pandemia, molti laboratori diagnostici non hanno potuto ottenere le forniture chiave necessarie per eseguire i test COVID-19. All’inizio del 2020, i principali ospedali e i sistemi sanitari pubblici hanno lottato per ottenere tamponi, provette di campioni, reagenti e attrezzature necessarie per soddisfare l’aumento della domanda di test.

Il primo test COVID-19 disponibile si basava sulla reazione a catena della polimerasi, o PCR, un metodo che aumenta la quantità di un RNA virale in un campione a livelli rilevabili. Questo metodo di test richiede reagenti e attrezzature specializzate per isolare l’RNA virale, trasformarlo in DNA e innescare il processo di amplificazione.

A causa della complessità dei test basati sulla PCR e della scarsità di reagenti, il National Institutes of Health americano ha investito 1,5 miliardi di dollari nel programma RADx per stimolare gli innovatori a trovare test diagnostici nuovi e accessibili. Molti test innovativi hanno ricevuto l’autorizzazione all’uso di emergenza dalla Food and Drug Administration e sono ora utilizzati in tutto il mondo.

Per esempio, i ricercatori di Harvard hanno usato una semplice reazione a temperatura singola per amplificare l’RNA virale, eliminando molti dei passaggi necessari e dei reagenti della PCR e accelerando i tempi del test. I ricercatori di Stanford hanno adattato il meccanismo all’interno di una torcia giocattolo per costruire una semplice centrifuga senza elettricità per aiutare a eseguire questo nuovo test COVID-19 in aree che mancano di elettricità e altre infrastrutture di laboratorio.

Rafforzare le forniture di ventilatori

In risposta alla carenza globale di ventilatori nei primi mesi della pandemia dell’anno scorso, gli ingegneri hanno progettato semplici dispositivi per fornire un supporto respiratorio temporaneo. I piani open-source di due sistemi, uno progettato dal MIT Emergency Ventilator Project e uno progettato da studenti e personale della Rice University, sono disponibili online.

Una carenza globale di ossigeno nei paesi a basso reddito ha portato molti fornitori di assistenza sanitaria in quei paesi a ripiegare sulla ventilazione meccanica. Anche i ventilatori scarseggiano, in parte a causa di problemi con un programma di donazione di ventilatori negli Stati Uniti.

Studenti e docenti della Malawi University of Science and Technology hanno sviluppato un sistema simile ai ventilatori del MIT e della Rice che può essere assemblato usando materiali disponibili in Malawi. Gli studenti del Malawi Polytechnic hanno lavorato con i medici locali per sviluppare un ventilatore con più caratteristiche.

Due ventilatori polmonari realizzati dal Malawi Design Studios

Innovazione nell’igiene

I funzionari della sanità pubblica sottolineano il ruolo del lavaggio delle mani, insieme al distacco sociale e alle maschere facciali, per frenare la continua diffusione del COVID-19. Tuttavia, molte scuole e persino alcuni ospedali in contesti con scarse risorse non hanno acqua corrente e lavandini che consentano a studenti e pazienti di lavarsi regolarmente le mani.

In risposta, Brenald Dzonzi, uno studente di ingegneria al Malawi Polytechnic, ha progettato una stazione di lavaggio delle mani senza contatto. Piccole quantità di acqua e sapone vengono automaticamente erogate da contenitori pre-riempiti quando un utente si trova di fronte alla stazione. Il sistema è realizzato con materiali locali ed è ora installato in un ospedale locale. Fino a 2.000 pazienti possono lavarsi le mani in sicurezza prima che il sistema debba essere ricaricato.

Dzonzi ha ricevuto il premio UNICEF Youth Challenge per finanziare il continuo sviluppo della stazione di lavaggio delle mani.

Design elegante e sostenibile

Quando le attrezzature non sono adatte a un ambiente, perché non possono tollerare condizioni calde e polverose, per esempio, finiscono scartate nei cimiteri delle attrezzature – non servono a nessuno. Al contrario, i design frugali eseguiti con successo offrono sostenibilità e idoneità per ambienti con poche risorse.

Un esempio di questo tipo di design elegante è il FoldScope, un microscopio di carta a basso costo usato per migliorare la diagnostica medica e l’educazione scientifica in contesti a basso reddito. Altri esempi sono le luci per la fototerapia a LED usate per trattare l’ittero nei neonati, e le CPAP a basso costo che portano supporto respiratorio ai neonati piccoli e malati nelle strutture sanitarie a basso costo.

Per incoraggiare il design frugale, le università di tutto il mondo stanno cambiando il modo in cui insegnano ingegneria – concentrandosi sul design frugale e coinvolgendo gli studenti come Dzonzi a inventare soluzioni che risolvono problemi reali. Anche se la pandemia ha scatenato un bisogno globale di design frugale, la pratica è importante in generale per ridurre il divario dell’assistenza sanitaria tra le comunità ad alta e bassa disponibilità di risorse e per portare i servizi sanitari alle comunità senza servizi.

Rebecca Richards-Kortum, Professor of Bioengineering, Rice University and Theresa Mkandawire, Associate Professor of Civil Engineering, University of Malawi

Questo articolo è stato originariamente pubblicato da  The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi  l’articolo originale.

 

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