NX se používá k návrhu dronů, které doručují důležité zdravotnické potřeby do odlehlých oblastí ve Rwandě

Dodávání zdravotnických potřeb kdekoliv a kdykoliv

Přes 2 miliardy lidí nemá kvůli nepřístupnému terénu a chybějící infrastruktuře přístup k základním zdravotnickým potřebám, například ke krvi a vakcínám. Rwanda je vnitrozemská východoafrická země s převážně hornatou krajinou a extrémně členitým reliéfem. Zipline International Inc. (Zipline) proto v roce 2016 zahájila svůj systém pro dodávku zdravotnických potřeb pomocí dronů, který umožňuje dodávat důležité zdravotnické potřeby kdekoliv ve Rwandě, 7 dní v týdnů a za jakéhokoliv počasí.

Začátek

Zipline je startup založený v Half Moon Bay v Kalifornii, malém pobřežním městě u Tichého oceánu. Tento výrobce se rychle rozvinul v podnik, který se specializuje na problematiku dodávek zdravotnického materiálu. Zipline funguje úspěšně nejen ve Rwandě. Původní myšlenka vznikla, když Keenan Wyrobek, spoluzakladatel a vedoucí konstruktér v Zipline, navštívil výzkumný ústav na pobřeží východní Afriky.

Při návštěvě zdravotnického institutu Ifakara v Tanzanii se Wyrobek dozvěděl o místním výzkumníkovi, který přesvědčil lékaře v oblasti tanzanského venkova, aby mu poslali textovou zprávu pokaždé, když by měli nedostatek zdravotnických potřeb k léčbě pacienta. Výzkumník si vedl rozsáhlou databázi obsahující tisíce záznamů řazených podle symptomů pacientů a potřebné léčby. Zjistil, že zdravotnické potřeby nejsou v Tanzanii ani zdaleka tak dostupné jako v USA a nedostatek krevních zásob vede k úmrtí pacientů. Zjistil, že nedostatkovým zbožím jsou i lokální antibiotika pro léčbu úrazů.

Wyrobka zasáhl příběh dospívajícího tanzanského chlapce, který měl mírně zraněnou paži. Ta se však kvůli nedostatku antibiotik po několika dnech zanítila. Infekce se tak zhoršila, že paže musela být chlapci nakonec amputována.

Proto se zrodil koncept létajících dronů přinášejících zdravotnický materiál do dříve nepřístupných oblastí.

„To jsou věci, které nás motivovaly“, říká Wyrobek. „Viděli jsme obrovské problémy s logistikou a dopravou, kdy se místní nezpevněné silnice v období dešťů stávají nesjíznými. Bylo nám jasné, že bude třeba vymyslet něco jiného. Pak nás to napadlo. Můžeme tyto silnice jednoduše přeletět a dodat výrobky i zdravotnickou péči tam, kde je lidé potřebují.“

Mise zachraňující životy

Díky dronům dodal tým Zipline důležité zdravotnické potřeby přímo klinikám ležícím v odlehlých a nepřístupných oblastech. Společnost centralizuje zásoby a nabízí jejich dodávky na vyžádání, čímž výrazně snižuje množství odpadu a riziko nedostatku zásob. Zipline je zodpovědná za dodávku krve v západní polovině Rwandy a provedla více než 7 000 dodávek zdravotnického materiálu, zejména do nemocnic s nedostatkem zásob krve.

„Naši operátoři, kteří toto distribuční centrum ve Rwandě provozují, nemají čas na to, aby přemýšleli o technologii dronů nebo se strachovali o počasí,“ říká Wyrobek. „Musí se soustředit na to, kdo zdravotnické zásoby potřebuje, a na to, jak mu je včas dodat. To je to hlavní, co je zajímá.“

„Úkolem našeho vývojového týmu je tyto lidi podporovat. Museli jsme vytvořit letoun, který by byl schopný dělat svou práci za každého počasí. Ať se kolem děje cokoliv, letoun musí zvládnout svůj úkol a materiál předat.

„Zdravotní pracovníci v klinikách a nemocnicích posílají textové zprávy s požadovanými zdravotnickými potřebami do dispečinku Zipline. Tyto výrobky jsou skladovány v centrálním distribučním centru Zipline, kde jsou okamžitě dostupné i méně obvyklé položky. Materiál je v distribučním centru zabalen a připraven na let, během kterého se sleduje jeho teplota a stav. Po několika minutách od odeslání textové zprávy dostanou zdravotníci potvrzení, že je jejich objednávka na cestě. Drony cestují rychlostí přesahující 100 kilometrů za hodinu a jejich provozní dosah je 80 km. Zdravotnické výrobky tak mohou být dodány rychleji než jakýmkoliv jiným způsobem přepravy a bez potřeby pilota. Do 30 minut jsou zdravotnické potřeby shozeny na padáku do určené cílové oblasti o velikosti několika parkovacích míst. Zdravotnickému personálu poté přijde textová zpráva informující o dodání.

Zipline si vybrala NX

Během prvních let tým Zipline používal relativně levný, ale dosti jednoduchý CAD produkt. Brzy však zjistil, že potřebuje něco lepšího. Inženýrům se špatně používal, protože nedokázal alokovat větší množství paměti a fungoval pouze s dražšími počítači. Zipline potřebovala řešení s dalšími funkcemi pro automatizaci některých úloh a pro interakci s CAD databází a s možností přídavných modulů.

Nakonec byl zvolen systém NX™ od Siemens Digital Industries Software, který je pro inženýry ideálním řešením. S NX mohou inženýři Zipline načíst celý letoun do CAD modelu a kontrolovat velikosti jednotlivých součástí z hlediska letounu jako celku. Pokud například jeden inženýr pracuje na křídle a potřebuje se ujistit, že správně a bez kolizí zapadne do trupu letounu, nemůže řešit dlouhé načítání sestavy letounu. Inženýři Zipline se u předchozího CAD systému potýkali se zdlouhavým zpracováním podobných úloh. Díky NX nyní nemusí nic řešit, inženýři mohou na součástech pracovat společně v reálném čase. Hned proto vidí, jak všechny součásti do sebe zapadají a tvoří celek.

„Díky NX jsme mohli vytvořit skořepinu našeho letounu a poté jsme pracovali na rychlém vývoji detailů,“ říká Paul Perry, strojírenský inženýr v Zipline. Náš tým tří inženýrů se navíc rozrostl na devět. To je důležité, protože potřebujeme, aby na letounu mohlo pracovat více lidí najednou. Díky NX jsme mohli realizovat robustní schéma využívající technologii vlnového propojování a distribuovat veškeré změny do všech podsystémů.

„Díky NX může Zipline určit, na kterých místech jsou potřeba vysoce kvalitní letecké materiály a naopak kde si letoun vystačí s plasty nebo pěnou v méně exponovaných místech.

S ohledem na množství zdravotnického materiálu, které musí drony Zipline unést, je testování hmotnosti velmi důležité. Díky rychlé analýze tloušťky materiálu, napětí a odlehčení mohou vývojáři Zipline ušetřit čas, který by jinak trávili testováním.

„Většina optimalizací na letounu se týká dvou oblastí: pevnost a teplota,“ říká Perry. „Hmotnost je samozřejmě nejdůležitější hodnotou, kterou se snažíme snížit pomocí konstrukčních úprav. Musíme ale dát pozor na to, aby si letoun zachoval svou pevnost.

„Sam Chaknova, výrobní inženýr v Zipline, vytváří komponenty pro drony a navrhuje výrobní buňky a upínky pro snadnější montáž. Je zodpovědný za tvorbu cyklotesterů, které Zipline používá k rychlejšímu testování životnosti nových komponent letounu.

"Nejprve jsem do NX načetl CAD součásti od konstruktérů a potom jsem vytvořil cyklotestery i výrobní přípravky, které používáme při montáži dronů,“ říká Chakrova. „Používám NX také k předání CAD dat od konstruktérů do 3D tisku, díky kterému je montáž pro techniky daleko snadnější.“

NX je také užitečným nástrojem při práci s deskami plošných spojů, které Zipline ve svých dronech používá. Namísto kabelových svazků se v malých bezpilotních letadlech (UAV) podobným těm, které používá Zipline, používají složité desky s plošnými spoji, které musí nejen nahradit kabelové svazky, ale také plnit veškeré požadované letecké funkce.

Při navrhování a vytváření dronů hrají hlavní roli jemné nuance, například rovnováha letadla a rozložení hmotnosti. Díky NX mají inženýři Zipline k dispozici elektrostrojírenské prostředí, ve kterém mohou provádět iterativní návrhové procesy a mít v reálném čase přehled o změnách na kterémkoliv místě dronu.

Digitalizace hraje při navrhování dronů Zipline klíčovou roli. Podle Perryho je funkce automatických aktualizací v NX naprosto jedinečná a umožňuje inženýrům Zipline provádět rychlé iterace a aktualizace změn návrhů a na jejich základě přidávat nové funkce.

Lepší budoucnost díky dodávkám zdravotnických potřeb

Podle Wyrobka Zipline kombinuje to nejlepší z leteckého průmyslu a vysoce spolehlivého robotického inženýrství a vytváří tak spolehlivé a odolné systémy. Její vývojáři snížili chybovost na úroveň, která je obvyklá u výrobců v leteckém průmyslu, a jediný operátor zvládne řídit 20 až 30 letounů najednou. Většinu testování Zipline provádí z hlediska bezpečnosti a spolehlivosti, aby jejich drony dokázaly splnit svůj úkol za jakéhokoliv počasí.

Drony Zipline jsou navrženy primárně s ohledem na vyrobitelnost, která dronům nabízí jedinečnou škálovatelnost. Každý dron je vybaven schopností detekovat různé typy selhání. Pokud dojde k problému, dron se sám vrátí do distribučního centra. Zipline tak může ihned realizovat objednávku pomocí jiného stroje. Spolehlivost a bezpečnost dronů byla po celou dobu existence společnosti naprosto zásadní a právě tam se soustředila velká část inženýrství a testování Zipline.

„Abychom mohli do distribučních center dodat dostatečný počet letounů, jejich montáž musí být jednoduchá,“ říká Chaknova. „Také potřebujeme, aby byly jednoduše udržitelné. Díky tomu budou moci zachraňovat životy déle.“

Zipline navrhuje drony a vyrábí prototypy v Kalifornii. Jakmile jsou drony připraveny a otestovány jako 100% spolehlivé, jsou odeslány do distribučního centra Zipline ve Rwandě. Odtud létají do určených oblastí, kde pacient potřebuje krev. Inženýři ze Zipline v Kalifornii podnikli cestu do Rwandy, aby viděli své drony v akci a pochopili, jaký vliv na životy místních jejich práce má.

„Je to úžasný pohled, vidět jak naše drony vzlétají na skutečnou misi,“ doplňuje Jeremy Schwartz, inženýr robotiky v Zipline. „Tady v Kalifornii děláme s drony experimenty a testy. Když však dron vzlétne ve Rwandě, letí k někomu, kdo potřebuje krev. Opravdu letí zachránit život a to je na tom to úžasné.

„Práce na tomto projektu je naplňující z hlediska technického i morálního. Když máte totiž možnost vidět výsledky své práce přímo v terénu, je to neopakovatelný pocit.“

Chytré autonomní drony Zipline již dopravily zdravotnický materiál na několik tisíc míst ve Rwandě. S tím, jak společnost roste a rozšiřuje se, snaží se pomáhat stále více lidem, kteří potřebují zdravotnické vybavení, ať už jsou kdekoliv na světě.

„Chceme se použit z našich předešlých zkušeností a posunou se vpřed. Myslím si, že máme potenciál pomáhat lidem na více místech než dosud,“ říká Wyrobek.