NX est utilisé pour concevoir des drones qui acheminent des produits médicaux indispensables dans les régions reculées du Rwanda

Livrer des produits médicaux d’urgence partout, à tout moment

Plus de deux milliards de personnes dans le monde sont privées d’un accès pratique aux produits médicaux d’urgence tels que le sang et les vaccins en raison d’une topographie difficile ou / et de solutions de continuité dans les infrastructures. Le Rwanda, un pays enclavé et très montagneux d’Afrique de l’Est correspond parfaitement à la notion de "topographie difficile". Forte de cette constatation, la société Zipline a lancé en 2016 au Rwanda le premier système de livraison de produits médicaux par drones au monde. Ce système fonctionne à l’échelle du pays et permet d’envoyer des médicaments d’urgence aux praticiens qui en ont besoin, sept jours sur sept et quelles que soient les conditions météo !

Historique...

Zipline est une start-up basée à Half Moon Bay (Californie), petite ville située au bord de l’océan Pacifique. La société s’est développée très rapidement pour devenir un acteur majeur du secteur de la livraison des produits médicaux, au point d'en casser tous les codes. Zipline a été reconnu pour son travail au service du Rwanda, mais la genèse de l’entreprise vient d’une visite que Keenan Wyrobek, cofondateur et responsable des produits et de l’ingénierie chez Zipline, a effectuée dans un institut de recherche en Tanzanie.

Lors de cette visite à l’établissement de santé Ifakara Health Institute, M. Wyrobek a appris qu’un chercheur local avait convaincu les médecins ruraux de cette région de lui envoyer un SMS chaque fois qu’ils ne disposaient pas des produits nécessaires pour traiter un patient. Ce chercheur a ainsi constitué une énorme base de données contenant plusieurs milliers d’entrées triées en fonction de critères précis : symptômes de chaque patient, produits nécessaires pour son traitement et résultat final. M. Wyrobek a pu constater que les produits médicaux étaient souvent difficiles d’accès et que des réserves de sang limitées ont causé la mort de plusieurs patients. Il a également découvert que des produits aussi basiques que les antibiotiques topiques nécessaires au traitement des coupures n’étaient pas disponibles en permanence.

M. Wyrobek a été frappé par le cas d’un adolescent tanzanien victime d’une légère coupure au bras qui s’est infectée au bout de quelques jours parce qu’il n’a pas pu bénéficier de l’antibiotique nécessaire à temps. Au lieu d’être traité immédiatement et d’oublier l’incident en attendant la guérison de sa légère blessure, le jeune homme a connu une infection si grave qu’une partie de son bras a dû être amputée.

C’est de ce drame humain qu’est né le concept de drones transportant des produits médicaux à destination de régions trop souvent inaccessibles.

"Cette expérience a vraiment servi à catalyser notre idée," se souvient M. Wyrobek. "Nous nous sommes penchés sur la situation de ces populations, les difficultés de déplacements sur des routes de terre, aggravées par la saison des pluies, et il était inconcevable de mettre en place des solutions traditionnelles avec des véhicules. C’était vraiment une évidence pour nous. Nous avons la technologie nécessaire pour survoler ces routes défoncées, acheminer des produits d’urgence et avoir un impact considérable sur les soins de ces populations."

Des missions qui sauvent des vies

En utilisant des drones, Zipline améliore l’accès aux produits médicaux d’urgence en survolant des montagnes infranchissables et des routes impraticables ; tout cela en effectuant des livraisons directes et rapides aux cliniques les plus isolées. L’entreprise centralise les produits médicaux et effectue des livraisons à la demande, ce qui réduit considérablement les risques de gaspillage et de rupture de stock. Zipline est chargé de l’approvisionnement en sang de la moitié ouest du Rwanda, et a effectué à ce jour plus de 7 000 livraisons de produits médicaux, dont plus de 13 000 unités de sang à des hôpitaux.

"Nos opérateurs qui gèrent ce centre de distribution au Rwanda n’ont pas à se préoccuper de la technologie des drones ou de la situation météo," explique M. Wyrobek. "Ils se concentrent sur les besoins en produits médicaux de chaque patient et d’en demander l’acheminement dans les meilleurs délais, en urgence dans bien des cas. Voilà leur seule préoccupation."

"Et au sein de l’équipe d’ingénierie de conception, notre travail consiste à accompagner ces personnes. Nous devons fabriquer un avion capable d’accomplir sa mission par tous les temps avec les marges nécessaires. Quelle que soit la situation rencontrée, l’avion doit passer et effectuer la livraison requise.

Pour recevoir les produits médicaux dont ils ont besoin, le personnel des cliniques et hôpitaux éloignés envoient leurs commandes à Zipline par SMS. Le stock est disponible dans le centre de distribution Zipline, ce qui permet un accès immédiat aux produits les plus urgents ou les plus rares. Les produits commandés sont emballés et préparés pour le vol au centre de distribution, ce qui permet de contrôler la température de la chaîne d’approvisionnement et de garantir l’intégrité des produits. Dans les minutes qui suivent l’envoi de leur SMS, les demandeurs reçoivent la confirmation que leur commande est en cours de préparation. Les produits peuvent être expédiés dans un rayon de 80 km, et ils arrivent plus rapidement que par tout autre mode de transport sans avoir à faire appel à un pilote. En moins de 30 minutes, les produits sont parachutés dans une zone désignée de la taille de quelques places de stationnement. Le personnel hospitalier est également informé de l’heure d’arrivée par SMS.

Zipline choisit NX

Pendant ses premières années, Zipline a utilisé un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) peu coûteux et très basique, mais a rapidement atteint ses limites en termes d’applications pratiques. Les ingénieurs de Zipline trouvaient que cette solution était difficile à utiliser en raison d’une capacité de gestion de mémoire limitée et de l’obligation de la faire tourner sur des ordinateurs coûteux. Zipline s’est donc mis à la recherche d’une solution dotée de fonctionnalités supplémentaires, capable d’automatiser certaines tâches et de permettre à ses ingénieurs d'interagir avec leur base de données CAO et avec des modules complémentaires spécifiques.

Zipline a rapidement réalisé que le logiciel NX™ de Siemens Digital Industries Software était la solution idéale pour ses besoins de conception de drones. Avec NX, les ingénieurs de Zipline pouvaient charger l’ensemble de l’avion dans le modèle CAO et vérifier l’ajustement des différentes aérostructures. Par exemple, si un ingénieur travaille sur une aile et doit s’assurer qu’elle s’ajuste au fuselage sans problèmes d’interférence, il ne devrait pas avoir à se préoccuper du temps nécessaire pour charger l’assemblage de l’avion. Avec l’ancien logiciel de CAO, les ingénieurs étaient découragés par le temps nécessaire pour exécuter le processus. NX a éliminé ces préoccupations et a permis à Zipline de faire travailler plusieurs ingénieurs sur les mêmes pièces en temps réel et de vérifier comment elles s’emboîtent et fonctionnent ensemble une fois terminées.

"NX nous a permis de créer une coque de base pour l’ensemble de notre drone et de travailler en simultané à l’intérieur et à l’extérieur afin de la développer plus rapidement," explique Paul Perry, ingénieur en mécanique chez Zipline. Par ailleurs, nous sommes passés d’une équipe de trois à neuf ingénieurs : ce point est important car nous devons faire travailler plusieurs personnes sur le drone en même temps. Avec NX, nous avons pu exécuter un programme très performant avec liaisons par ondes qui permet de s’appuyer sur des modèles "master" de haut niveau et d’appliquer les modifications requises aux différents sous-systèmes.

NX permet également à Zipline d’identifier les zones critiques pour lesquelles des matériaux aéronautiques très avancés sont indispensables et d’autres zones où il est possible utiliser une matière plastique ou une mousse pour obtenir les mêmes qualités d’intégrité structurelle et de fonctionnalité mécanique tout en réduisant les coûts et le poids.

Compte tenu des volumes de produits médicaux qui doivent être transportés par les drones de Zipline, les tests de poids sont absolument essentiels. La possibilité d’effectuer rapidement des analyses d’épaisseur ou de contraintes en vue de réduire le poids global des drones permet à Zipline de limiter le nombre d’itérations et de réduire le temps de test nécessaire pour atteindre ses objectifs.

"L’optimisation nécessaire à ce type d’avion tourne autour de deux axes," explique M. Perry. "Structurel et thermique." "Il est clair que le poids de l’appareil est la variable la plus importante à optimiser. D’un autre côté, l’optimisation structurelle nous permet de réduire le poids global tout en respectant nos objectifs de rigidité et de solidité."

Sam Chaknova, ingénieur de fabrication chez Zipline, fabrique les principaux éléments des drones, les cellules de fabrication et certains accessoires visant à faciliter l’assemblage final. Il est également responsable de la construction des testeurs de cycles utilisés par Zipline pour accélérer les tests de durée de vie des nouveaux éléments des drones.

"J’utilise NX pour exploiter les données de CAO générées par les ingénieurs concepteurs et créer les testeurs de cycle et les pièces nécessaires, ainsi que les accessoires qui facilitent l’assemblage des drones," explique M. Chaknova. "J’utilise également NX pour exploiter les données de CAO générées par les ingénieurs concepteurs et imprimer en 3D des pièces qui facilitent grandement le travail d’assemblage des techniciens."

NX est un outil précieux pour travailler avec les circuits imprimés installés dans les drones Zipline. Les drones Zipline utilisent des circuits imprimés complexes qui doivent non seulement remplacer les faisceaux de câblage trop lourds, mais aussi exécuter toutes les fonctions avioniques requises.

Avec la convergence de l’ingénierie électrique et de l’ingénierie mécanique dans la conception et la fabrication des drones, certaines nuances subtiles telles que l’équilibre de l’avion et la répartition du poids entre l’avant et l’arrière se doivent d’être parfaites. NX supporte ces différentes disciplines, ce qui permet aux ingénieurs de Zipline de suivre un processus de conception itératif et d’être informés immédiatement de toute modification apportée au drone.

La digitalisation est un élément clé du processus de conception des drones de Zipline. M. Perry ajoute que NX, avec sa capacité de mise à jour automatique qui lui est propre, permet aux ingénieurs de Zipline d’itérer rapidement et de mettre à jour automatiquement toute modification en conception et d’ajouter de nouvelles fonctionnalités en conséquence.

Un avenir meilleur grâce aux livraisons médicales

Selon M. Wyrobek, les drones Zipline associent le meilleur de l’industrie aéronautique à une ingénierie robotique de qualité pour créer des systèmes fiables et tolérants aux incidents. En fait, les drones Zipline bénéficient du niveau de tolérance aux incidents observé dans l’avionique des avions en kit ; cette fiabilité permet de faire voler 20 à 30 avions en même temps avec un seul opérateur. La majorité des tests effectués par Zipline portent sur la sûreté et la fiabilité des drones, afin de s’assurer que le drone peut accomplir sa mission quelle que soit la situation météo rencontrée.

Les drones Zipline sont conçus de A à Z pour la fabricabilité (facilité d’application de la conception) car il s’agit d’un produit de base prévu pour mise à l’échelle. Chaque drone est équipé d’un système d’analyse qui lui permet de détecter certains types d’incidents : dès qu’un incident est détecté, le drone fait demi-tour et revient au centre de distribution. Zipline peut alors envoyer immédiatement un autre drone pour exécuter la commande. La fiabilité et la sûreté drones ont été mises en avant tout au long de l’existence de la société et c’est sur ces aspects que se concentre une grande partie de l’ingénierie et des tests de Zipline.

"Pour fournir aux centres de distribution la quantité de drones dont nous avons besoin, nous devons faciliter leur assemblage," souligne M. Chaknova. Par ailleurs, la maintenance des drones doit être la plus efficace possible : la maintenance sur le terrain doit être facilitée pour disposer de drones en état de marche et prêts à sauver des vies."

La conception et la fabrication des prototypes a été confiée aux ingénieurs de Zipline en Californie. Lorsque les drones sont jugés prêts à l’emploi avec une fiabilité de 100 %, ils sont envoyés au centre de distribution de Zipline au Rwanda. De là, les drones s’envolent vers les zones qui ont besoin de poches de sang. En faisant le voyage au Rwanda et en étant témoins des opérations sur le terrain, les ingénieurs de Zipline basés en Californie réalisent mieux l’impact de leur travail.

"C’est une expérience incroyable que d’aller sur place et de voir décoller un de nos drones," s’émerveille Jeremy Schwartz, roboticien de Zipline. "Quand nous sommes en Californie, nous faisons des expériences, des tests, mais quand un avion décolle au Rwanda, c’est souvent pour livrer du sang à quelqu’un qui en a un besoin urgent. C’est sauver la vie de quelqu’un et quand on s’en rend compte sur place, c’est tout simplement incroyable.

Du point de vue de l’efficacité, à savoir être capable de boucler cette boucle si rapidement, et du point de vue du moral, c’est vraiment incroyable de travailler sur ce projet et d’être témoin des résultats immédiats."

Depuis le lancement de son service, Zipline a envoyé plusieurs centaines de drones par jour et effectué plusieurs milliers de missions au Rwanda. Forte de croissance et de son expansion, l’entreprise vise à aider davantage de personnes à recevoir les produits médicaux dont elles ont besoin, quel que soit l’endroit du monde où elles vivent.

"Nous voulons répéter ces expériences et amplifier notre service actuel, qui est déjà très performant, de manière à atteindre des objectifs encore plus ambitieux," résume M. Wyrobek.