Science

2020.03.24

「COVID-19」に対抗する医療器具の不足に備えてメイカーによる「プランC」が始まっている

Text by Dale Dougherty, Victor W. Hwang
Translated by kanai

メイカー、エンジニア、その他の草の根の人たちが、「COVID-19」のためのバックアッププランのバックアッププランを作ろうと動き始めている。そこで、メイカースペースからの「プランC」を考える人々とそのプロジェクトを紹介しよう。

COVID-19との戦いで、患者のための人工呼吸器や医療従事者のための防護服といった医療器具の不足が深刻な問題になっている。今すぐこの品薄の状態に対処できるのは誰か？　メイカームーブメントなら、アメリカのみならず世界中に「プランC」を提示できるはずだ。

実際、それはもう始まっている。イタリアでは、物品の不足がCOVID-19感染患者の致死率を高めている。どの患者を治療するかを選別するという、厳しい状況にすら及んでいる。イタリアは、3Dプリントした部品で人工呼吸器を修理し稼働を続けさせることで、患者の命を救っている。だが、メイカーならもっとやれるのではないか？ アメリカには、予測される感染拡大に対応できる数の人工呼吸器がない。今あるものは、ほとんどがすでに使用中だ。介護現場では、さらに多くの人工呼吸器が必要になる。

「プランA」は、アメリカ連邦政府が非常時権限を行使して工場を摂取し、必要となる人工呼吸器を生産することだ。トランプ大統領には防衛生産法に基づきそれを行う権限があるが、彼はなかなか決断しない。「プランB」は、アメリカの民間企業がそれぞれの工場で人工呼吸器と関連製品を製造することだ。GMとテスラはこの方針に支持を表明したが、アメリカのほとんどの大手企業は工場を持たず、人工呼吸器の設計や製造の能力もない。アメリカの人工呼吸器販売企業、5社のうち、国内で製造しているのは、もっとも規模が小さい2社だけだ。人工呼吸器を製造する上でさらに問題となるのは、中国を拠点とするサプライチェーンへの依存態勢だ。それでは需要は満たせない。

そこで「プランC」が必要となる。独立したメイカーのグループ、起業家、イノベーターがオンラインでつながり、代替手段を提供することだ。その多くの人たちが、オープンデザインの人工呼吸器を開発し、メイカースペースで早急に製造しようと大いに張り切っている。個々のDIY人工呼吸器のデザインはインターネット上で公開されている。そのなかには、Clarence Graansma（クラレンス・グランスマ）が10年前に考案したデザインもある。Instructablesの説明によると、彼のこのプロジェクトは、今を予言していたかのように「Pandemic Ventilator」（パンデミック・ベンチレーター）と名付けられていた。木製の本体に、ジップロックの袋をふいごに使っている。グランスマは数年前にこれを改良する必要性を感じ、他のメイカーとつながりを持つようになった。

オープンソース人工呼吸器

数多くのグループがインターネットで活動を開始した。下のリンクにはFacebookやSlackも含まれる。

彼らにはみな共通の目的がある。人工呼吸器、またはその他の機器として実用性があり、3Dプリンターやメイカースペースにある材料を使って現地で同じように作れるデザインを拡散することだ。DIY人工呼吸器という考え方自体、一部の医療関係者には受け入れられないものかも知れないが、バックアッププランのバックアッププランであるプランCという考え方には、安心感が持てるはずだ。

COVID-19の重症患者の肺には水が溜まっていて自発呼吸が難しいため、人工呼吸器が必要になる。オープンソースの人工呼吸器のデザインは意欲的に行われてきたが、それを作るとなると、いくつか難しい問題に行き当たる。

通常の人工呼吸器は精密機械であり、ハードウェアとソフトウェアが高度にして厳格な基準のもとに動作する。医療機器として、アメリカでは食品医薬品局の認可が必要だ。全米呼吸器ケア学会は、医療目的のオープンソース人工呼吸器が18カ月以内に設計製造ができるかどうかを懸念しているが、開発、テスト、認証に掛かる時間を考えれば理解できる。

しかし、アメリカは「まあまあ間に合う」程度で十分な時期を迎えようとしているのではないか？

オープンな協力態勢

COVID-19のプランCは、そのような時期が来ると信じる個人が主導している。彼らはすでに全国規模で、そして国際的に連絡を取り合い、地域ごとに集結している。これは先進的な取り組みだが、ひとつの地域だけはない全世界で同時発生している問題に対しては、理想的なアプローチだ。専門知識の集合体に、どこからでもアクセスできる。

グランスマの「DIYパンデミック・ベンチレター」の他にも、いろいろなものがある。2010年から続いているもうひとつのプロジェクトが、Ambu-Bag（アンビュバッグ）だ。MITの機械工学科の学生が開発したもので、救急車での使用を想定したポータブルなバッグバルブマスク（BVM）だ。特許は取得したものの、プロジェクトは頓挫してしまった。BVMは、手動で空気ポンプを動かす仕組みのため、誰かが何時間もぶっ続けで掴んで離してを繰り返さなければならない。この種の補助機器は、1918年、インフルエンザの大流行の際に患者の治療に使われた。アンビュバッグは、人に代わって機械が人の手のようにポンプに優しく押したり、ゆっくり放したりするというもの。重篤な患者の治療には向かないが、BVMは軽度の患者には有効であり、高価で高性能な人工呼吸器を必要な人に回せるようになる。


アンビュバッグのプロトタイプ

ロボット・ビルダーのGui Cavalcanti（グイ・カバルカンティ）は、Megabotsプロジェクトでも知られているが、Open Source CODIV-19グループを取りまとめるリーダーのひとりでもある。それは人工呼吸器プロジェクトとして始まり、一般のプロジェクトと同様、デザイン、プロトタイプ、製造が行われている。そのため、人工呼吸器もロボットの一種と考えることもできる。だがいくつもの要求を精査した結果、カバルカンティは、グループの方向性を変えて人工呼吸器に集中しようと決めた。「（医療の）専門家に話を聞いてわかったのは、人工呼吸器の他にももっと問題があるということでした」とカバルカンティ。さらに彼は「COVID-19の治療に必要な医療用品がすぐにでも底を突きそうだと知り、グループの重点を、どんな器具が必要とされているかを特定することに移したのです」と言う。彼らはウェブサイトを立ち上げた。「世界中の物を作る人たちが、地元で製造して、それを必要としている病院に提供できる、十分に吟味されたオープンソース・デザインの宝庫になる予定です」とカバルカンティは話していた。

アイルランドのダブリン大学で工学の博士号取得が予定されてるColin Keogh（コリン・キーオ）は、その他2人の仲間とOpen Source Ventilator（オープンソース人工呼吸器：OSV）を開発した。Trevor Smale（トレボー・スメル）主導によるプロジェクトの中には、Open Lung BVM Ventilator（オープンラングBVM人工呼吸器）がある。3Dプリンターで作れるBVMだ。短期間に7つのバージョンが作られ、今もOpenSourceVentilator.ieで開発が進められている。

Dirkが6番のテストを見せてくれた。我々は飛ばしている状態で行機を作ってるようなものだ。Twitterから目を離さず、集団意識を高めて欲しい。

Natalie Dickman（ナタリー・ディックマン）は、ライス大学オーシュマン・エンジニアリング・デザイン・キッチン（OEDK）に所属する生物工学科の学部生であり、その「Take a Breather（一休み）」チームは、BVMの設計仕様を開発した。これは、タイなどの国々で使うための2019年のキャップストーン・プロジェクトだったものだ。ディックマンは、この仕様をSlackのHelpful Engineeringグループで公開した。「大きな目標は、標準的なBVMに取り付けて自動化できる、信頼性が高く長持ちするアタッチメントを作ることです」と彼女は解説書で述べている。

アンビュバッグを参考にしたもうひとつのプロジェクトに、ジョンズ・ホプキンズ大学緊急医療科の研修医、Julian Botta（ジュリアン・ボッタ）が立ち上げたOpen-Source Mechanical Ventilator（オープンソース機械式人工呼吸器）がある。その仕様は、79人からなるグループで編集された。

これらすべてのグループにとっての最大の難関は、十分に審査された仕様や、作るべき機器の規格を探し出すことだ。人工呼吸器を作るためには、メイカーは質の高い設計仕様を手に入れる必要がある。

設計仕様に基づくデザイン

高品質な設計仕様を作る活動は、すでに影響を与え始めている。2012年、生物医学高等研究計画局（BARDA：DARPAを参考に作られた機関）による「インフルエンザのパンデミックへの医学的防衛手段の先端開発」のための提案が募集された。BARDAは、「医学的防衛手段のための呼吸装置」と題したインダストリー・デイ（米軍が業界への要望を発表するイベント）のプレゼンテーションを行ったが、その資料のいちばん下にはこんなスローガンが記されていた。「回復力の強い人々。健全な社会。準備の整った国家」。2019年、BARDAを管轄する米国保健福祉省の事前準備・対応担当次官補局（ASPR）のRobert Kadlec（ロバート・カドレック）が「次なるパンデミックのための計画」を作成した。彼は、BARDAのプログラムの一環としてフィリップスが携帯用人工呼吸器を開発し、「今年の初めに食品医薬品局より、世界でも家庭でも、最低限の訓練しか受けていない人でも現場での使用が許可され、現在、必要に応じて緊急展開できるよう、戦略的国家備蓄に加えられている」と述べている。さらにカドレックは、こう話している。

「パンデミックを封じ込めるには、多層的で隅々まで徹底した解決策、つまり患者に寄り添った正確な診断、とくに入院患者のためのより有効な治療法、そして恐らくもっとも重要なこととして、現代的で迅速で柔軟な技術を使った国内でのワクチン生産が必要となる。旧来の時間のかかる技術に依存し続けていては、人々の命は救えない。緩和戦略と技術の革新を継続しなければならない」

CPAP装置をハックする

メイカーはなぜ、医療的な必要性と工学的な効率性とのバランスを考えなければならないのか。それを理解できる事例を紹介しよう。CPAP（持続陽圧呼吸療法）装置が世界中で無数に使われている。サンフランシスコ湾岸地区のメイカー、Johnny Lee（ジョニー・リー）も自身の睡眠時無呼吸症のためにCPAP装置を使っているが、この装置を改造すれば人工呼吸器になるのではないかと思いついた（リーは「Make:」創刊号でDIYビデオカメラ・スタビライザーの記事を書いてくれた人物だ）。家でCPAP装置の改造に取り組んだリーは、種類の異なる2つの装置を製作し、GitHubで公開した。ひとつはDIY BiPAP人工呼吸器だ。彼はこれを「あくまでも最後の手段」と称している。使用にはリスクが伴うからだ。もうひとつは低コストのPowered Air Purifyng Respirator（PAPR：電動空気清浄式保護マスク）。COVID-19の患者の世話をする人が装着する防護服に濾過した空気を送り込むものだ。PAPRのほうは、リスクはずっと低いと彼は考えている。

リーによれば、DIY人工呼吸器の大きな問題は、DIYであれ、患者の状態変化に気付き判断できる専門の技術を持つ人間が操作しなければならない点だという。人工呼吸器は、ただ患者に装着すれば、後は自動的に働いてくれるという代物ではない。それを操作できる人間を養成することは、ただ装置を作ることよりずっと難しい。

「そこはバランスです」とリーは言う。彼はそのバランスを、数人の呼吸器専門医から話を聞いて学んだ。「とても多忙」で「アイデアを固めるためにわずかな時間を割いてくれた」とのことだが、その話し合いは双方にとって有意義だったと彼は感じている。医師は、特定の機能があるか否かという目で機器を見ていることをリーは知った。それに対してエンジニアは、どれだけの制御が必要なのか、必要性に応じて改良できるのかといった可能性を見ている。

リーは、Arduinoを使えばCPAPのモーターを簡単に制御できることを発見した。「ラジコンカーに使われているのと同じ、ただのブラシレスDCモーターです。ほんの数行のコードで制御可能です」と彼は言う。しかし、メイカーやエンジニアには簡単でも、それが簡単に人の役に立つとは限らない。リーのデザインはまだ開発段階だ。患者にダメージを与えないためのフィードバック・センサーがもっと必要なのだ。

CPAP機器を改造したBiPAP人工呼吸器には、危険が潜んでいることをリーは認識している。「このようなコミュニティ主導の工学的な取り組みには、『あまりにも簡単に危険を招く』リスクがあります」と彼は言う。この言葉はOpen Source COVID-19グループからの引用だ。こうしたプロジェクトには、機器に関する技術的な知識と専門性が必要になる。適切な知識と経験がない限り、人で試すべきではない。リーにしてみればこれは、昔からあるリスク軽減のための工学上の課題でもある。機器を改良するべきか、人々の機器の使い方を変えさせるべきか。

リーのGitHubページに寄せられるコメントは、ほとんどが肯定的だが、そのデザインを公開することに懸念を抱く人もわずかにいる。発展途上国の人たちからは、「あくまでも最後の手段」が得られて嬉しいと感謝の言葉を受け取った。

防護用品とパーツ

緊急に必要とされるその他のものにも注目して欲しい。

MITリトル・デバイセズ研究室のJose Gomez-Marquez（ホセ・ゴメスマルケス）は、ホンジュラスで生まれ、現在MITの大学院に所属している。彼は、開発途上国の医療技術者たちが、おもにアメリカから流れてくる中古の医療機器を改造して使っているところをしょっちゅう目にしてきた。中南米の国々では修理パーツも手に入らず、環境によってうまく作動しないこともあるため、そうせざるを得ないのだ。リトル・デバイセズ研究室でゴメスマルケスは、改造することを想定した医療機器のプロトタイピングを行っている。イノベーションが地方の医療現場にも届くように、機器が各地の状況に適応できるようにするためだ。またゴメスマルケスは、アンビュバッグのプロジェクトを復活させようとも考えたが、彼が研究室で考案したDIYデザイン手法を使ったもっと簡単で、優先させるべきプロジェクトが他にいくつもあった。彼は、DIYでの作り方を教えることの重要性を強調し、すでにWHOも、一部の国々では販売されていない、たとえば経口補水液などの特定の製品の自作方法を公開していると話していた。

プラハの3Dプリンターメーカー、Prusa ResearchのJosef Prusa（ジェセフ・プルーサ）も、テストされていない人工呼吸器のデザインを複製するのは、3Dプリンター愛好家が最初に手を付けるべきものではないと断言している。彼の会社では、3Dプリントできる医療従事者のための防護マスクをいち早く開発し、チェコの保健省で審査を受けた。次はゴーグルを開発する。

Helpful Engineeringには3,000人の登録ボランティアがいる。エンジニア、医師、科学者なども含まれる。「最良のことを最短でどうやるか」と、新規参加ボランティアを歓迎する文書に書かれている。「テクノロジーだけではすべての問題を解決できません。しかし、この危機に際して何もせず、使われずにいるエンジニアリングと製造の大量の資源があります」

Helpful Engineeringは、プロジェクトの提案と、それを専門家に審査してもらう活動を続けている。その迅速な審査を通じて、プロジェクトのデザインと実現可能性を検証し、グループとして最優先にすべきものを推薦する。最近推薦されたものに、もっとも早く実現できるHardware Personal Protective Equipment（ハードウェア個人防護器具）プロジェクトがある。

ジョニー・リーは、装置の限界を押し広げて素早く改造を行う様子を披露している。DIY人工呼吸器への意欲は今も高いが、マスクやガウンやその他の個人用の保護器具を作る方法を考えるほうが先だと、彼は力説している。

その懸念は、グイ・カラバンティの意見と重なる。「シアトルの看護師は、もうすでに会議室でプラスティック板をゴムバンドにダクトテープでくっ付けてフェイスマスクを自作しています」と彼は話す。「ボストンのブリガム・アンド・ウイメンズ病院の看護師は、地元の地域社会にN95規格のマスクの寄付を求めています。病院から直接依頼することができないからです。サンフランシスコでは、病院から手指消毒液と個人用防具が盗まれています」

参加方法

こうした数多くの共同プロジェクトの情報を逐一知りたい場合は、DIYBioのリーダー、Eri Gentry（エリー・ジェントリー）とTito Jankowski（ティト・ジェンコウスキー）が立ち上げたCOVIDbaseがお勧めだ。短期間に非常に多くのプロジェクトが始まっている。FacebookやSlackのグループも膨大な数がある。

これらのプランCの取り組みが、有効かどうかを判断するのはまだ早い。だが、プランAとプランBだけで十分だという保証もない。ドイツ帝国軍作戦参謀、ヘルムート・フォン・モルトケは、「どんな計画も戦場で生き残ることはない」という有名な言葉を残している。現在、私たちはパンデミックに襲われている。状況が常に変化する中で、必死に駆けずりながら解決策を考えている。アメリカ政府もビジネス界のトップたちも、アメリカ中に、そして世界中に眠っているエンジニアリング、デザイン、そしてメイカーの才能を引き出すプランCの重要性に気付くはずだ。彼らは、プランCの取り組みを支援し、組織し、拡大する役割をもっと果たせる。

  1. 世界的な大問題が大きなイノベーションを求めている。今こそ、メイカームーブメントの、分散型のクリエイティブな強さを、この課題の解決のために解き放つときかも知れない。
  2. これまでの話をまとめておこう。
  3. 独立した個人やグループがオープンソースのデザインを開発し、大きなコミュニティで公開することで、各地方のコミュニティがその機器を複製できる。
  4. もしあなたがアイデアやプロジェクトを持っているメイカーなら、グループに参加しよう。
  5. すべてのグループは、もっとも適切なプロジェクトのデザインに迅速な合意を強く求めている。
  6. オープンソースデザインが、求められる基準を満たしているかを検証するため、医療／科学のコミュニティとメイカー／エンジニアリングの各コミュニティ同士の直接的な協力が必要。
  7. 医療従事者のための防護器具が最優先。技術的ハードルが低いため、ローテクであっても地域に即した革新的な解決策となる可能性がある。
  8. プロトタイプのための資金を求めているグループがあるが、クラウドファンディングをしている時間はない。
  9. これ以外にもメイカー活動は山ほど進行している。公開の時点で、この記事がすでに時代遅れになっている可能性もある。
  10. 時間がすべてだ。

COVID-19に対処するために立ち上げられたこれらの活動は、草の根で、そして政府と企業の資源を活用して育ってきた創意工夫と才能を示すものだ。さらにこれは、この活動に参加し、技術、医療、社会、政治、法津など、なんであれ自分が持てる専門知識を役立てたいという人々の強い意欲を満たすものだ。

この運動は未来への希望をもたらす。草の根メイカーによる、国際的な、または地域社会でのオープンで協調的なイノベーションをテコにすれば、新型コロナウイルスに対処できるだけでなく、その他の課題にも協力し合って解決するという新しい方法の手本となる。

「Make:」では今後も、プランCに取り組む人々、プロジェクト、グループの最新情報をお伝えする予定だ。

プロジェクトやアイデアを提供したい方は、Dale Daougherty（dale@make.co）までメールで知らせて欲しい。

［原文］

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