Diseño de drones con NX para llevar material médico a lugares remotos como Ruanda

Entrega de material médico en cualquier lugar y momento

Más de dos mil millones de personas no tienen acceso a productos médicos básicos, como unidades de sangre o vacunas, debido a la falta de infraestructuras adecuadas o a las condiciones del terreno. Ruanda, un país del este de África rodeado de montañas, se ajusta más que ningún otro lugar en el mundo a la descripción de lugar con «condiciones de terreno difíciles». Es por eso por lo que Zipline International Inc. (Zipline) ha lanzado el primer sistema de entrega de material médico con drones en todo el mundo, en 2016. Funciona a escala nacional en Ruanda para enviar medicamentos urgentes a aquellos que los necesitan en cualquier momento y sin importar las condiciones climáticas.

Comienzos

Zipline es una start-up con sede en Half Moon Bay, California, una pequeña ciudad costera del océano Pacífico. La empresa ha crecido rápidamente y está cambiando este sector de la industria. Es conocida por su labor en Ruanda, pero su origen se sitúa en una visita que Keenan Wyrobek, cofundador y jefe de producto e ingeniería en Zipline, hizo para conocer un instituto de investigación en la costa este de África.

Mientras visitaba el Ifakara Health Institute en Tanzania, Wyrobek conoció a un investigador local que convencía a los doctores de la zona para que contactaran con él cada vez que se encontraban sin los medicamentos necesarios para tratar a un paciente. Este investigador tenía una base de datos de miles de entradas que se clasificaban según los síntomas de los pacientes, lo que necesitaban y el resultado que obtenían tras el tratamiento. Wyrobek se dio cuenta de que los materiales médicos no son tan accesibles en Tanzania como lo son en EE.UU, y la falta de suministros de sangre llevaba a la muerte de los pacientes. Comprobó que algo tan simple como los antibióticos para tratar cortes ni siquiera estaban disponibles.

De hecho, Wyrobek se sorprendió con la historia de un adolescente con un pequeño corte en el brazo. Tras unos días, la herida se infectó porque no recibió la medicación necesaria a tiempo. En lugar de ser tratado inmediatamente y de despreocuparse de la herida, la infección se agravó tanto que tuvieron que amputarle el brazo.

Así es como nació el concepto de los drones que llevarían los productos necesarios a países inaccesibles.

«Este tipo de cosas son las que nos animaron a empezar», comenta Wyrobek. «Veíamos los problemas que trataban de resolver, la logística que suponía viajar en carreteras tan complicadas y en periodos de muchas lluvias durante décadas. No era práctico resolverlo así. A nosotros nos pareció evidente. Podíamos sobrevolar esas carreteras y llevar los productos necesarios. Así conseguiríamos el impacto deseado en el sistema sanitario del lugar.»

Una misión para salvar vidas

Gracias a los drones, Zipline mejora el acceso a suministros médicos sobrevolando las montañas y carreteras para llegar directamente a las clínicas más remotas. La empresa centraliza el abastecimiento y ofrece entregas a la carta, reduciendo de forma significativa residuos y falta de stock. Zipline se encarga del suministro de sangre de la parte oeste de Ruanda. Ha realizado más de 7.000 entregas de provisiones médicas y más de 13.000 unidades de sangre a los hospitales.

«Nuestros operadores que trabajan en el centro de abastecimiento de Ruanda no pueden pensar en la tecnología del dron o en el clima», comenta Wyrobek. «Deben centrarse en quién necesita cierto medicamento y en cómo hacer que llegue en el momento adecuado. Eso es todo lo que tienen que tener en mente.»

«Ofrecerles soporte es nuestro trabajo dentro del equipo de ingeniería de diseño. Nos encargamos de construir un avión, un zip, que se encargara de hacer todo lo necesario. Por lo tanto, no importa lo que ocurra, el avión conseguirá realizar la entrega.

«Para recibir los productos que necesitan, los trabajadores de las clínicas y hospitales envían sus pedidos por mensaje a Zipline. Todo está almacenado en el centro de suministro de Zipline, lo que permite acceso inmediato a los artículos más delicados o escasos. Estos se empaquetan en ese centro y se preparan para el vuelo, se mantiene la cadena de abastecimiento con una temperatura controlada y con el producto íntegro. Tan solo unos minutos después de enviar el mensaje, los sanitarios reciben la confirmación de su pedido. Viajando a más de 100 kilómetros por hora con un radio de servicio de 80 km, los productos llegan más rápido que con cualquier otro medio de transporte, y sin necesidad de conductor. En menos de 30 minutos, los productos se entregan en un paracaídas en la zona designada para ello, del tamaño de varios aparcamientos. A través de un mensaje de texto, se notifica al personal del hospital de la llegada del pedido.

Zipline elige NX

Durante los primeros años de Zipline, la empresa utilizaba paquetes CAD relativamente económicos pero muy básicos. Muy pronto se dieron cuenta de las limitaciones en cuanto a las aplicaciones. Los ingenieros tenían dificultades a la hora de utilizarlos porque no podía gestionar tanta memoria y tenían que utilizar ordenadores de coste elevado. Zipline necesitaba una solución con una funcionalidad adicional que pudiera automatizar algunas tareas y permitir a los ingenieros interactuar con su base de datos CAD.

En esa búsqueda, comprendió que el software NX™ de Siemens Digital Industries Software era la solución ideal para diseñar sus drones. Con NX, los ingenieros de la empresa podían cargar todo un avión en el modelo CAD y comprobar si las piezas individuales se adaptaban al resto de la nave. Por ejemplo, si un ingeniero trabaja en un ala pero necesita asegurarse primero de que encaja perfectamente en el cuerpo del avión sin ninguna interferencia, no puede preocuparse de cuánto durará cargar el ensamble de la aeronave. Con el paquete CAD anterior, los ingenieros tardaban mucho en completar el proceso. NX eliminó todos estos problemas y permitió a Zipline tener a varios ingenieros trabajando en las mismas piezas y en tiempo real. Además, podían ver cómo se adaptarían y funcionarían todas juntas una vez que finalizara el proyecto.

«NX nos posibilitó la creación de un revestimiento para todo el vehículo. Además, pudimos trabajar tanto desde dentro como desde fuera para desarrollarlo antes», indica Paul Perry, ingeniero mecánico de Zipline. Así pasamos de un equipo de tres ingenieros a uno de nueve. Esto es importante porque necesitamos tener a varias personas trabajando en un vehículo al mismo tiempo. NX nos ha permitido seguir un programa muy útil con el enlace WAVE. Así hemos conseguido impulsar todos esos cambios a través de varios subsistemas.

«NX dejó que Zipline determinara la ubicación de las áreas clave donde se necesitaban materiales aeroespaciales frente a otras zonas donde podían usar plástico o espuma para alcanzar la misma integridad estructural y funcionalidad mecánica a un coste y masa menores.

Con la cantidad de suministros médicos que deben cargar los drones de Zipline, los tests de peso son fundamentales. La habilidad de realizar análisis de grosor o esfuerzo para reducir el peso hizo que Zipline ahorrara en iteraciones y tiempo de pruebas para obtener sus objetivos.

«La mayor parte de la optimización que llevamos a cabo en el avión se centra en dos campos: estructural y térmico», comenta Perry. «Naturalmente, la masa es la variable más importante que optimizamos. Por eso, la optimización estructural nos lleva a una reducción de masa al tiempo que mantenemos nuestros objetivos de resistencia y rigidez.

Sam Chaknova, un ingeniero de fabricación en Zipline, construye las piezas que forman parte de los drones y diseña las celdas de fabricación así como los elementos de fijación para un montaje más sencillo. Se encarga de crear los tests de ciclo que Zipline utiliza para acelerar las pruebas en los componentes de un nuevo vehículo.

«He utilizado NX para obtener el CAD de los diseñadores y crear esas pruebas y piezas de alrededor. Así puedo construir los elementos de unión y los de fabricación que usamos para montar los drones», señala Chaknova. «Uso NX también para imprimir en 3D todo aquello que facilita el montaje a los técnicos».

NX es una herramienta muy útil a la hora de trabajar con las placas de circuito que emplea Zipline en sus drones. En lugar de un arnés eléctrico, los vehículos aéreos no tripulados (VANT) como los que utiliza Zipline necesitan placas de circuito complejas que no solo sustituyen a los arneses eléctricos sino que realizan todas las funciones de aviación.

Con el encuentro entre ingeniería eléctrica y mecánica en el diseño y creación de drones, algunos aspectos como el equilibrio del avión o la distribución del peso deben ser perfectos. NX agrupa estas disciplinas para permitir a los ingenieros de Zipline trabajar en el proceso de diseño y saber cuándo se efectúan modificaciones en cualquier pieza del dron sin retrasos.

La digitalización es clave en el proceso de diseño del dron de Zipline. Perry dice que NX, con su funcionalidad de actualización, (algo único en la herramienta), permite a sus ingenieros repetir y actualizar rápidamente cualquier cambio de diseño, así como añadir nuevas funciones.

Un futuro mejor gracias a la entrega de suministros médicos

Wyrobek señala que Zipline combina lo mejor de la industria de la aviación con la ingeniería de robótica para crear sistemas fiables y tolerantes a fallos. Así, consiguen un nivel de tolerancia que suele verse en los VANT. De esta manera, pueden hacer que vuelen de 20 a 30 aviones al mismo tiempo y con un solo operador. La mayoría de los ensayos que realiza Zipline se basa en la seguridad y fiabilidad de los VANT. Así pueden garantizar que el dron complete su misión independientemente del clima.

Estos drones están diseñados desde cero para comprobar la viabilidad de fabricación, pues se trata de un producto que después pueden escalar. Cada uno está equipado con inteligencia, lo que posibilita la identificación de algunos tipos de fallos. Si se detecta algún problema, el dron vuelve al centro de distribución. En ese momento, Zipline puede enviar otro inmediatamente para seguir con el proceso. La seguridad y fiabilidad de los drones han sido elementos imprescindibles durante la existencia de la compañía. De hecho, es donde más ha invertido Zipline en cuanto a ingeniería y ensayos.

«Para suministrar a los centros de distribución con el número de vehículos que necesitamos, tenemos que facilitarles el montaje», indica Chaknova. «También necesitábamos que puedan mantenerse. Eso nos permite mantenerlo en el campo y utilizar estos vehículos para salvar vidas.»

Los ingenieros de esta empresa diseñan y construyen prototipos en California. Cuando los drones están listos para utilizarse con un 100 % de fiabilidad, se mandan al centro de distribución en Ruanda. Desde ahí, los drones vuelan a las zonas que necesitan unidades de sangre. Los ingenieros de Zipline en California que han viajado a Ruanda y han visto el proceso entienden ahora el impacto de su trabajo.

«Es una experiencia increíble, ir allí y ver cómo el avión despega», dice Jeremy Schwartz, roboticista en Zipline. «Aquí en California estamos experimentando, probando. Cuando un avión despega en Ruanda, está llevando sangre a quien la necesita. Está salvando la vida de alguien y eso es increíble.

«Tanto desde el punto de vista de la eficiencia (ser capaces de cerrar el bucle tan rápido) como del de la moral, poder trabajar en un proyecto como este y ver los resultados inmediatos es una experiencia muy bonita.»

Zipline ha lanzado cientos de drones inteligentes y autónomos y ha realizado miles de misiones en Ruanda desde el comienzo del servicio. A medida que la empresa crece y se expande, su objetivo es el de ayudar a más personas a recibir los suministros médicos que necesitan, sin importar la parte del mundo en la que se encuentren.

«También queremos poder repetir este proyecto partiendo desde nuestras propias experiencias e ir desde donde estamos hoy hasta donde queremos estar», dice Wyrobek.