XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
«Мобильная аптечка» на базе конструктора SpikePrime
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Пандемия COVID-19 вызвала беспрецедентную нагрузку на системы здравоохранения, как во всем мире, так и в Российской Федерации. Это не только повлияло на работу медицинских учреждений, но и заставило привлечь ресурсы экономистов, ученых и политиков для решения финансовых трудностей, разработки вакцин, преодоления социального стресса и т.д.[3].
Возвращение системы здравоохранения в обычный режим деятельности стало для всего мира первоочередной задачей. Перераспределение средств и увеличение плановых объемов медицинской помощи, перепрофилирование медицинских организаций, реабилитация пациентов, перенесших коронавирусную инфекцию, и их диспансерное наблюдение, вакцинопрофилактика и перспективные исследования являются только частью приоритетных направлений деятельности на современном этапе.
Еще одним эффектом пандемии стало появление множества изобретений медицинского и околомедицинского свойства. Только за 2020 год Федеральная служба по интеллектуальной собственности (Роспатент) сотни проектов, связанных с пандемией.
Цель: разработать на базе конструктора SpikePrime модель мобильной аптечки, которая позволяет осуществлять для пациентов бесконтактную доставку лекарств, что снижает риск распространения инфекции и уменьшает нагрузку на медицинский персонал.
Задачи:
изучить историю появления медицинских аптечек;
исследовать виды и состав аптечек;
привести примеры медицинских изобретений и инноваций, появившихся благодаря пандемии;
разработать модель «Мобильная аптечка» на базе конструктора SpikePrime и провести ее демонстрацию.
В качестве источников мы использовали информационный сайт wikipedia, интернет журналы и научные статьи про систему здравоохранения и новейшие медицинские изобретения. При оформлении проекта и конструировании движимых его частей были использованы книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах [1, 2]. При создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике [4].
Глава 1. История медицинских аптечек
Аптечки – наборы лекарственных средств, перевязочных материалов и других товаров для оказания первой помощи. Аптечки известны миру с глубокой древности. Они были непременным атрибутом врача, посещающего больного на дому. Аптечки были также в обиходе у населения.
Все аптечки, которые широко распространены в наши дни, имеют глубокие корни и интересную историю.
Пещерные люди в качестве повязок для ран использовали все – от листьев растений до шкур животных. Более близкие наши предки лечили травмы прижиганиями, дегтем, капустными листами, ртутью, а иногда и просто заговорами. Позже на смену подобному лечению пришли холщовые и льняные повязки. И лишь в 13 веке появилось нечто похожее на современный бинт.
В древности аптек не было. В зависимости от того, чем был болен человек, врачи готовили лекарства сами. Для изготовления целебных снадобий они покупали у «копателей корешков растений» сырьё и хранили его на складе – аптеке. Само слово «аптека» происходит от греческого «склад».
В России, при царе Михаиле Фёдоровиче (1613–1645), при аптеках уже существовала должность «алхимика» (химика-лаборанта), который готовил лекарства [5].
Начало 18 столетия связано с реформами Петра I, которые касались медицинской и фармацевтической науки и практики. К основным мероприятиям относятся: реорганизация Аптекарского приказа в Медицинскую канцелярию, открытие госпиталей и специальных школ для подготовки лекарей, борьба с незаконной торговлей лекарствами на базарах и улицах, открытие вольных аптек для населения и много других полезных мероприятий.
А вот походная аптечка самого Петра I представляла собой ящик (фанеровка черным деревом, золочение, позумент, шелка, бархат) с распашными дверцами и выдвижными ящичками, где хранились стеклянные флаконы с плотно притертыми крышками, маленькие весы, воронка, ступка и другие приспособления, с помощью которых можно было изготовить лекарство в походных условиях (Рисунок 1.1, Приложение).
С появлением общественных аптек возникла и возможность формирования домашних наборов лекарственных средств, которые постепенно стали называть домашней аптечкой. Содержимое первых домашних аптечек составляло то, что продавалось населению для домашнего пользования. Например, рыбий жир, французский скипидар, капли Иноземцева, нашатырный спирт, бензин, свинцовая примочка, касторовое масло.
Со временем состав аптечек менялся, но препараты, которые из века в век входили в состав домашней аптечки стали называться «аптечными старожилами». Даже в современной аптечке можно найти такие же препараты как в 18 веке. Они уже много лет являются обязательными компонентами набора домашней аптечки (Рисунок 1.2, Приложение).
В 16-18 веках стали комплектоваться и использоваться дорожные аптечки. Для хранения пилюль применяли коробочки. Армию во все времена сопровождали цирюльники, шаманы и лекари. Они же привозили походные наборы средств для облегчения страданий раненых и больных (передвижные аптеки). В это же время роль аптечки могла выполнять трость врача – в ней помещались стетоскоп, пинцет, лекарства и бинты [5].
Домашняя аптечка конца 19 века, изготовленная Кунцевской химической лабораторией, представляла собой деревянный ящик, сверху покрытый вишневым лаком. Верхняя крышка закрывалась на замок. В аптечке содержалось 39 наименований лекарственных средств. Многие домашние аптечки, изготовленные в 19-20 веках, представляют собой историческую, культурную и художественную ценность (Рисунок 1.3, Приложение).
В Советском союзе в 1920-е годы производились аптечки колхозная, домашняя, первой помощи, цеховая, матери и ребенка. С 1975 г. Правилами дорожного движения было введено требование об обязательной комплектации автомобилей аптечками. Автомобильные аптечки стали одними из наиболее распространенных (Рисунок 1.4,Приложение).
Глава 2. Основные виды аптечек и их состав
Аптечка первой помощи — это необходимость в каждом доме, офисе, на отдыхе, в пути, на любом предприятии и в любой организации. Имея в арсенале необходимые препараты для оказания первой помощи, можно не только улучшить состояние здоровья, исключить занесение инфекции и развитие серьезного заболевания, но и предотвратить летальный исход в случае серьезных травм и других повреждений.
Комплектация аптечки для оказания первой медицинской помощи четко регламентирована, руководство организации не имеет права изменять ее по своему желанию (Рисунок 2.1, Приложение).
Существует несколько видов аптечек первой медицинской помощи. Каждый из них включает в себя определенное количество определенных медицинских препаратов и дополнительных элементов [6].
Автомобильная аптечка - включает в себя препараты, необходимые для обработки ссадин и ран, полученных вследствие дорожно-транспортного происшествия. Также в обязательном порядке такой набор включает в себя препараты, предназначенные для временного облегчения состояния здоровья человека, имеющего заболевания общего характера (Рисунок 2.2, Приложение).
Аптечка для сотрудников предприятия - основными комплектующими данного набора являются препараты, предназначенные для оказания первой помощи в связи с получением травмы на производстве. В обязательном порядке набор комплектуется антисептическими средствами, обезболивающими и препаратами для остановки кровотечения. Также такие наборы включают в себя прочие медицинские средства, предназначенные для облегчения состояния работников с общими заболеваниями (Рисунок 2.3, Приложение).
Аптечка против ожогов - включает в себя препараты, предназначенные для облегчения состояния человека, получившего ожоги разной степени (Рисунок 2.4, Приложение).
Детская аптечка - является необходимостью номер один как в домашних условиях, где проживают дети разных возрастных категорий, так и в детских дошкольных и образовательных учреждениях. В зависимости от возраста и веса ребенка комплект пополняется нужными препаратами и другими необходимыми медицинскими элементами (Рисунок 2.5, Приложение).
Спортивная аптечка включает в себя различные препараты, предназначенные для восстановления опорно-двигательной системы. Также в обязательном порядке в комплект входят обезболивающие и антисептические средства.
Туристическая аптечка – является обязательной при групповых загородных походах, в ней содержится набор медикаментов и средств для оказания первой помощи при наиболее часто встречающихся в походах заболеваниях и травмах (Рисунок 2.6, Приложение).
Универсальная аптечка - представлена множественными препаратами, необходимыми как в бытовых условиях, так и на предприятиях различных направлений деятельности.
Помимо перечисленных видов и общих составляющих каждая аптечка в обязательном порядке укомплектовывается необходимыми инструментами и дополнениями, такими как бинт, жгут, вата, ножницы, антибактериальный пластырь, шприцы, спирт и многое другое. Также каждый комплект включает в себя перекись водорода для снижения вероятности занесения инфекций в рану и предотвращения воспалительного процесса.
Каждый аптечный комплект включает в состав перчатки, предназначенные для исключения занесения инфекций в организм здорового человека в случае предоставления первой помощи пострадавшему. К сожалению, не каждый человек имеет навыки оказания первой помощи. Для информации в аптечном комплекте прилагается инструкция и показания к применению того или иного препарата, входящего в состав аптечки.
Глава 3. Медицинские изобретения, появившиеся благодаря пандемии
Пандемия COVID-19 показала слабые места систем здравоохранения по всему миру, ускорив при этом развитие инновационных подходов в медицине. Фармацевтические компании и небольшие биотехнологические стартапы запустили десятки клинических испытаний, направленных на поиск решения для борьбы с коронавирусом. Некоторые из этих разработок повлияют на то, какой будет медицина будущего [7].
Рассмотрим некоторые из них.
Телемедицина - дистанционное предоставление медицинских услуг и взаимодействие медицинских работников между собой с помощью телекоммуникационной инфраструктуры. С помощью телемедицины врачи могут консультировать, диагностировать и лечить пациентов без необходимости личного посещения, совещаться с более опытными коллегами и обучать молодых врачей.
Например, израильская компания TytoCare создала решение для удаленного обследования (Рисунок 3.1, Приложение). TytoCare — это мировой бестселлер среди телемедицинских девайсов. Технология позволяет осматривать пациента (как взрослого, так и ребенка) дистанционно с помощью высокоточного портативного прибора. При этом результаты удаленного наблюдения не уступают очному.
С помощью TytoCare доктор может дистанционно обследовать состояние бронхолегочной системы, осмотреть горло, уши, нос, кожные покровы, провести аускультацию сердца, измерить сердечный ритм, давление и температуру тела, диагностировать многие из наиболее распространенных состояний. Tyto может в высоком разрешении делать снимки родинок, сыпи и других поражений кожи, снимки для диагностирования глазных заболеваний.
Вся информация через мобильное приложение пациента передается прямо на экран врача. Устройство оснащено камерой для осмотра и базальным термометром, а также имеет набор сменных насадок для полноценного педиатрического или терапевтического осмотра: отоскоп, стетоскоп, а также насадки для осмотра ушей и горла. Пациент, находясь вне клиники, «снимает» все данные, которые направляются врачу для анализа показателей. Обследование может проводится как в режиме офлайн, так и в режиме онлайн.
Внедрение этой технологии ускорили такие факторы как нехватка врачей, чрезмерная нагрузка на систему здравоохранения, барьеры социального дистанцирования и необходимость дистанционных консультаций.
3D-печать средств индивидуальной защиты - быстрое распространение COVID-19 сформировало критическую нехватку средств индивидуальной защиты (СИЗ), которые требуются для борьбы с пандемией. Внезапный спрос привел к быстрой модификации, разработке и распространению СИЗ, напечатанных на 3D-принтере (Рисунок 3.2, Приложение). Простота санитарной обработки и возможность повторного использования средств индивидуальной защиты, напечатанных на 3D-принтере, может помочь медикам во время их дефицита. Кроме того, это будет способствовать уменьшению биомедицинских отходов.
Мобильная кабина термометрии и дезинфекции — это переносной пункт, устанавливаемый в местах большого скопления людей для быстрой проверки температуры и обработки антисептиком (Рисунок 3.3, Приложение). Кабина оборудована инфракрасными датчиками, измеряющими температуру тела за 3–4 секунды. Также в ней есть отсек для дезинфекции — обработки малотоксичными антисептическими средствами. Пропускной режим позволяет снизить риск распространения инфекций внутри помещений [8].
Устанавливают кабину перед входом в здание или отдельное помещение. Каждый посетитель должен пройти через камеру, вне зависимости от температуры тела его опрыскивают антисептиком.
Кабины для дезинфекции сейчас стали популярными, их производят многие компании. Комплектация устройств разная — только термометрия, общая дезинфекция, обработка рук и сотовых телефонов.
Бесконтактные термометры – прибор, позволяющий измерить температуру людского потока в сжатые сроки. Он является относительно доступным, но при этом быстрым и точным.
В приборе имеется специальный датчик, который улавливает инфракрасное излучение от тела человека без контакта с кожей (Рисунок 3.4, Приложение). Чтобы получить значение на дисплее, нужно направить прибор на запястье, лоб человека или другую часть тела, где необходимо будет измерить температуру. Аппарат на расстоянии сразу улавливает высокое инфракрасное излучение, связанное с превышением привычного показателя.
Робототехника - чтобы сократить личные контакты медицинских работников с пациентами и снизить нагрузку на обслуживающий персонал, система здравоохранения привлекла роботов.
Например, стартап по производству беспилотных автомобилей Nuro предоставил транспортных роботов для помощи врачам в полевые госпитали Калифорнии (рисунок 3.5, Приложение). Автономные автомобили доставляли еду, средства индивидуальной защиты (СИЗ), чистое постельное белье пациентам, заразившимся COVID-19.
Другой пример — робот по имени Moxi от компании Diligent Robotics, который работает помощником медсестры (Рисунок 3.6, Приложение). Он может выполнять простые задачи, такие как, доставка лекарства и СИЗ пациентам и врачам. Компания планирует сделать робота-помощника отраслевым стандартом [7].
Глава 4. Проект «Мобильная аптечка» на базе конструктора SpikePrime
Мы рассмотрели существующие виды аптечек, а также полезные медицинские изобретения, которые помогают сдерживать распространение инфекций и снижают нагрузку на медицинский персонал. Исходя из этого, мы решили создать проект «Мобильная аптечка» (Рисунок 4.1, Приложение).
4.1 Внешний вид модели
Наш проект мы создавали с помощью конструктора SpikePrime, а также LeGo City. Для его автоматизации мы использовали механические передачи, датчики и моторы из наборов SpikePrime.
Наш проект состоит из двух основных частей:
шкаф, где хранятся лекарства, средства индивидуальной защиты и гигиены; защитные маски и маски для искусственного дыхания; перчатки, бинты и повязки различных видов и прочее предметы для оказания первой помощи (Рисунок 4.2, Приложение);
мобильный робот, предназначенный для развозки препаратов пациентам (Рисунок 4.3, Приложение).
Стоит отметить, что высота шкафа отрегулирована под высоту подъезжающего мобильного робота. Для обеспечения бесперебойной работы мобильной аптеки в нашем проекте используются механические передачи, три средних мотора, два ультразвуковых датчика.
Мобильный робот подъезжает к шкафу с лекарствами с помощью двух моторов. Увидев робота с помощью своего ультразвукового датчика, шкаф выдает определенные лекарства с помощью реечной передачи (Рисунок 4.4, Приложение). Затем мобильный робот с загруженными лекарствами уезжает.
4.2 Программа для запуска модели и ее демонстрация
Управление мобильной аптекой осуществляется на базе программного обеспечения SpikePrime. Программа для запуска подвижных частей модели состоит из двух подпрограмм: для мобильного робота 1 подпрограмма (Рисунок 4.5, Приложение), и для шкафа с лекарствами одна (рисунок 4.6, Приложение).
К одному хабу подключено два мотора и один ультразвуковой датчик. Ко второму хабу – один мотор и один ультразвуковой датчик.
Шкаф с лекарствами приветствует подъехавшего мобильного робота словами «Hello», показывает веселый смайлик, выдает лекарства с мощностью мотора 80%.
Для демонстрации нашего проекта мы украсили модель. Добавили декоративные элементы мобильному роботу, обустроили шкаф с лекарствами и прочими препаратами.
Итоговый вид нашей работы представлен на (Рисунок 4.7, Приложение).
Наш проект «Мобильная аптечка» может быть актуальным в следующих случаях:
- для оказания экстренной помощи до прибытия врача, например, дома, на рабочем месте, в школе, в супермаркете, в общественном транспорте, на прогулке, то есть там, где находится человек в тот момент, когда ему необходима экстренная помощь;
- во время отдыха на природе, например в лесу, в горах, вдали от населённого пункта;
- во время спортивных мероприятий;
- во время городских мероприятий;
- для людей с ограниченными возможностями;
- для людей, у которых имеются хронические заболевания.
Заключение
Аптечки известны миру с глубокой древности. Само слово «аптека» происходит от греческого «склад». Аптечки – наборы лекарственных средств, перевязочных материалов и других товаров для оказания первой помощи.
Изучив виды аптечек, мы раскрыли, что они подразделяются на автомобильные, спортивные, туристические и другие, имеют свой определенный состав.
Рассмотрев некоторые разработки, направленные на поиск решения для борьбы с коронавирусом, мы решили создать свой проект, направленный на осуществление для пациентов бесконтактной доставки лекарств, что снижает риск распространения инфекции и уменьшает нагрузку на медицинский персонал.
В результате нашей сплочённой работы в команде, мы успешно сконструировали и запрограммировали проект мобильной аптечки на базе SpikePrime и LEGO Cityэ
Проанализировав работу проекта «Мобильная аптечка», мы узнали, что он даёт потрясающую возможность медицинским и другим организациям доставлять вовремя и без риска для здоровья необходимые лекарства, средства индивидуальной защиты и иные средства, находящиеся в аптечке своим пациентам и людям, нуждающимся в первой помощи.
Список используемой литературы:
LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;
Богданова С.М, Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400
Ступак В.С., Зубко А.В., Маношкина Е.М., Кобякова О.С., Деев И.А., Енина Е.Н. Здравоохранение России в период пандемии COVID-19: вызовы, системные проблемы и решение первоочередных задач. Профилактическая медицина. 2022;25(11):21‑27;
Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей, - СПб.: Наука, 2013. 319с;
Интернет источники:
https://cyberleninka.ru/article/n/iz-istorii-meditsinskih-aptechek
https://arcanus.ru/medpomoshch/chto-dolzhno-byt-v-individualnoj-aptechke.html?ysclid=lewufrvj7f711921171
https://trends.rbc.ru/trends/industry/6152cc769a794789079a2d40
https://dezinfekc.ru/oborudovanie/kabina-dezinfekcii?ysclid=lev4v4g8v8218017991
Приложение
Рисунок 1.1 Походная аптечка Петра I Рисунок 1.2 Первые домашние аптечки
Рисунок 1.3 Аптечка 19 века Рисунок 1.4 Советские автомобильные аптечки
Рисунок 2.1 Состав аптечки первой медицинской помощи
Рисунок 2.2 Состав автомобильной аптечки
Рисунок 2.3 Состав аптечки для оказания первой помощи работникам предприятий
Рисунок 2.4 Состав аптечки против ожогов
Рисунок 2.5 Состав детской аптечки
Рисунок 2.6 Состав туристической аптечки
Рисунок 3.1 TytoCare —телемедицинский девайс, высокоточный портативный прибор
Рисунок 3.2 Защитные маски, напечатанные на 3D принтере
Рисунок 3.3 Мобильная кабина термометрии и дезинфекции
Рисунок 3.4 Бесконтактный термометр
Рисунок 3.5 Транспортный робот Nuro
Рисунок 3.6 Робот Moxi – помощник медицинской сестры
Рисунок 4.1 Процесс создания проекта
Рисунок 4.2 Шкаф с лекарствами
Рисунок 4.3 Мобильный робот для развозки лекарств
Рисунок 4.3 Рисунок 4.4
Рисунок 4.5
Рисунок 4.6
рррРисунок
Горенко Варвара Игоревна РОССИЙСКАЯ СИСТЕМА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ: ПРОБЛЕМЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ПО ПРЕОДОЛЕНИЮ ПАНДЕМИИ // Скиф. 2020. №11 (51). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/rossiyskaya-sistema-zdravoohraneniya-problemy-i-vozmozhnosti-po-preodoleniyu-pandemii (дата обращения: 05.03.2023).