Oprogramowanie NX służy do projektowania dronów, które dostarczają niezbędne wyroby medyczne do odległych miejsc w Rwandzie

Dostawa wyrobów medycznych do każdego miejsca, w dowolnym czasie

Ponad dwa miliardy osób nie mają dostępu do niezbędnych produktów leczniczych, takich jak krew i szczepionki, ze względu na trudne ukształtowanie terenu oraz braki w infrastrukturze w miejscu zamieszkania. Rwanda – kraj we wschodniej Afryce bez dostępu do morza – charakteryzuje się znaczącą przewagą krajobrazów górzystych, co bardzo dobrze pasuje do definicji „trudnego ukształtowania terenu”. Firma Zipline International Inc. (Zipline) dostrzegła te problemy i w 2016 roku uruchomiła pierwszy na świecie system dostawy produktów medycznych z wykorzystaniem dronów. Operuje on na terenie całego kraju i transportuje pilne przesyłki medyczne do potrzebujących przez 7 dni w tygodniu, niezależnie od warunków pogodowych.

Początki

Zipline to start-up działający w Half Moon Bay w stanie Kalifornia – niewielkim mieście nad brzegiem Pacyfiku. Firmie szybko udało się dojść do poziomu przedsiębiorstwa, które zmienia zasady gry w branży zaopatrzenia medycznego. Zipline zdobył uznanie za swoją pracę na rzecz Rwandy, natomiast pomysł na firmę pojawił się w głowie Keenana Wyrobka – współzałożyciela oraz kierownika ds. produktu i inżynierii – podczas wizyty w instytucie badawczym położonym na wschodnim wybrzeżu Afryki.

Odwiedzając Ifakara Health Institute w Tanzanii, Wyrobek poznał historię lokalnego badacza, który przekonał lekarzy z tanzańskich wiosek, aby wysyłali do niego wiadomości, jeśli brakuje im produktów potrzebnych do leczenia pacjenta. Badacz stworzył ogromną bazę danych obejmującą tysiące wpisów, które można było sortować według objawów, produktów niezbędnych do rozpoczęcia leczenia oraz rezultatów terapii. Szybko okazało się, że środki medyczne w Tanzanii są o wiele trudniej dostępne niż w Stanach Zjednoczonych, a brak zapasów krwi często prowadzi do śmierci pacjentów. Problemy z dostępnością dotyczą nawet najbardziej podstawowych leków, na przykład antybiotyków stosowanych miejscowo na skaleczenia.

Wyrobka szczególnie poruszyła historia młodego Tanzańczyka, który skaleczył się w przedramię. Niestety rana uległa zakażeniu, ponieważ mężczyzna nie otrzymał na czas odpowiedniego antybiotyku. Przez brak szybkiej reakcji infekcja stała się na tyle poważna, że mężczyzna stracił część ręki w wyniku koniecznej amputacji.

Tak właśnie narodził się pomysł wysyłania dronów z zaopatrzeniem medycznym do miejsc, które wcześniej były niedostępne.

– Takie historie stanowią paliwo napędowe dla naszej pracy – uważa Wyrobek. – Pochyliliśmy się nad problemem, który próbowano rozwiązać przez dziesięciolecia – transportem po nieutwardzonych drogach w trakcie pory deszczowej – i doszliśmy do wniosku, że przewóz drogą lądową nie jest praktyczny. Rozwiązanie było oczywiste. Wystarczyło przecież przelatywać ponad tymi drogami, aby dostarczać ludziom niezbędne wyroby medyczne i tym samym pozytywnie wpłynąć na jakość opieki.

Misja ratowania życia

Drony firmy Zipline umożliwiają dostawę niezbędnych produktów medycznych do odległych klinik, ponieważ są w stanie przelecieć ponad nieprzebytymi górami i zalanymi drogami. System zaopatrzenia jest scentralizowany, a przedsiębiorstwo oferuje usługę dostaw na życzenie, dzięki czemu może znacząco ograniczyć liczbę odpadów i wyeliminować ryzyko braków magazynowych. Zipline odpowiada za dostarczanie krwi w zachodniej Rwandzie – do tej pory zorganizował ponad 7000 wysyłek, co przełożyło się na 13 000 jednostek krwi przesłanych do szpitali w potrzebie.

– Operatorzy centrum dystrybucyjnego w Rwandzie nie powinni zaprzątać sobie głowy technologią wykorzystaną w dronach czy przejmować się złą pogodą – podkreśla Wyrobek. – Muszą skupić się na klientach potrzebujących produktów medycznych oraz na jak najszybszym dostarczeniu przesyłek na miejsce. Chcemy, by myśleli tylko o tym.

– Głównym zadaniem zespołu inżynierii jest wsparcie tych pracowników – dodaje Wyrobek. – To my musimy stworzyć dron, który będzie w stanie operować w każdych warunkach pogodowych. Samolot musi polecieć i zrealizować dostawę niezależnie od panującej sytuacji.

– Aby otrzymać potrzebne produkty, pracownicy medyczni z trudno dostępnych regionów Rwandy przesyłają swoje zamówienia do Zipline SMS-em – tłumaczy Wyrobek. – Produkty są magazynowane w centralnej lokalizacji, co umożliwia natychmiastowy dostęp nawet do najrzadszych wyrobów. Pakowanie i przygotowanie do wysyłki odbywa się na miejscu, w centrum dystrybucyjnym, dzięki czemu można kontrolować temperaturę w całym łańcuchu dostaw i zagwarantować integralność wyrobu. Po kilku minutach od zgłoszenia zapotrzebowania SMS-em pracownik medyczny otrzymuje potwierdzenie wysyłki zamówienia. Drony osiągają prędkość ponad 100 km/h, a ich zasięg to 80 km, dzięki czemu produkty docierają do celu szybciej niż z wykorzystaniem innych metod transportu – i to bez obecności pilota. Zamówione wyroby medyczne są dostarczane w wyznaczone miejsce wielkości kilku miejsc parkingowych w niecałe 30 minut, a delikatne lądowanie gwarantuje dołączony spadochron. Pracownicy szpitala otrzymują SMS-a z informacją o dostarczeniu przesyłki.

Zipline wybiera oprogramowanie NX

Na początku działalności firma Zipline korzystała z niedrogiego, a zarazem bardzo prostego systemu CAD, jednak bardzo szybko na jaw wyszły jego ograniczenia dotyczące praktycznych zastosowań. Inżynierowie skarżyli się na trudności w pracy – program nie radził sobie z dużą ilością danych i konieczne było wykorzystanie droższych komputerów. Zipline szukał rozwiązania z dodatkowymi funkcjami, które zautomatyzowałoby część zadań, pozwoliło inżynierom na pracę z bazą danych CAD i oferowało dostęp do modułów dodatkowych.

Okazało się, że oprogramowanie NX od firmy Siemens Digital Industries Software idealnie spełniało potrzeby przedsiębiorstwa w zakresie projektowania dronów. Dzięki NX inżynierowie firmy Zipline mogą przygotować cały statek powietrzny w formie modelu CAD i sprawdzić dopasowanie projektowanych części względem pozostałych elementów. Inżynier, który pracuje nad skrzydłem, ale musi upewnić się, czy jego projekt nie powoduje problemów w innych częściach statku powietrznego, nie powinien przejmować się tym, ile czasu zajmie załadowanie całego złożenia. Poprzedni system CAD wykorzystywany w firmie frustrował inżynierów ze względu na długość trwania całego procesu. NX wyeliminował te trudności i sprawił, że kilku inżynierów może pracować nad tymi samymi częściami w czasie rzeczywistym i zobaczyć, jak pasują do siebie i funkcjonują w ukończonym produkcie.

– W NX możemy opracować szkielet drona, a następnie rozwijać kolejne elementy, aby szybko ukończyć cały proces projektowania – tłumaczy Paul Perry, inżynier mechaniczny w firmie Zipline. – Zwiększyliśmy także liczebność naszego zespołu z trzech inżynierów do dziewięciu. To bardzo ważne, ponieważ chcemy, aby w tym samym czasie nad projektem pracowało kilka osób. Funkcja powiązania modeli WAVE pozwoliła nam stworzyć bardzo solidny schemat nadrzędny, na którego podstawie możemy wprowadzać zmiany w poszczególnych podsystemach.

– W NX możemy wyznaczyć również krytyczne obszary, gdzie konieczne jest zastosowanie zaawansowanych materiałów lotniczych oraz miejsca, gdzie do osiągnięcia integralności konstrukcji i pożądanej charakterystyki mechanicznej wystarczy plastik lub pianka, dzięki czemu ograniczamy koszty i zmniejszamy masę drona – kontynuuje Perry.

Drony Zipline transportują dużą liczbę wyrobów medycznych, dlatego testowanie pod kątem udźwigu ma kluczowe znaczenie. Opcja szybkiego przeprowadzenia analizy grubości lub naprężeń pozwala zaoszczędzić cenny czas podczas kolejnych iteracji i testów i osiągnąć założone cele.

– Jeśli chodzi o projekt samolotu, większość działań optymalizacyjnych dotyczy dwóch obszarów: konstrukcji oraz kwestii termicznych – zauważa Perry. – Najważniejszą zmienną jest oczywiście masa konstrukcji, a praca z elementami strukturalnymi pozwala nam ją zmniejszyć przy jednoczesnym zachowaniu założeń dotyczących sztywności i wytrzymałości.

– Sam Chaknova, inżynier produkcji w firmie Zipline, tworzy komponenty, które tworzą część składową dronów, projektuje stanowiska produkcyjne oraz część oprzyrządowania ułatwiającego montaż. Odpowiada również za tworzenie stanowisk testowych, które firma Zipline wykorzystuje, by przyspieszyć niektóre testy nowych komponentów.

– Wykorzystałem oprogramowanie NX, by na podstawie otrzymanego od inżynierów modelu CAD stworzyć stanowiska testowe oraz przygotować oprzyrządowanie produkcyjne, które wykorzystujemy do montażu dronów – tłumaczy Chaknova. – NX służy mi również do przesyłania części stworzonych przez konstruktorów do druku 3D – te elementy ułatwiają technikom montaż.

NX okazał się również cennym narzędziem, jeśli chodzi o pracę z płytkami drukowanymi, które Zipline wykorzystuje w swoich dronach. Małe bezzałogowe statki powietrzne (UAV), takie jak drony Zipline, wymagają użycia skomplikowanych płytek drukowanych, które nie tylko zastępują okablowanie, ale również obsługują wszystkie systemy awioniczne.

Ze względu na wzajemny wpływ inżynierii elektrycznej i mechanicznej podczas projektowania i konstrukcji dronów drobne niuanse, takie jak wyważenie i stabilność samolotu, muszą być dopracowane do perfekcji. NX łączy te dwie dziedziny i pozwala inżynierom firmy Zipline bezproblemowo poruszać się po procesie projektowania, zachować kontrolę w przypadku modyfikacji dowolnej części drona oraz uniknąć opóźnień.

Digitalizacja stoi w centrum procesu projektowania firmy Zipline. Paul Perry uważa, że unikalna dla narzędzia NX funkcja automatycznych aktualizacji pozwala inżynierom szybko tworzyć kolejne iteracje, wprowadzać zmiany projektowe i dodawać nowe cechy konstrukcyjne.

Lepsza przyszłość dzięki dostawom produktów medycznych

Wyrobek uważa, że Zipline łączy najlepsze elementy branży lotniczej z niezawodnością robotyki, aby stworzyć niezawodne, odporne na błędy systemy. Poziom odporności na błędy jest porównywalny do tego znanego z amatorskich samolotów, dlatego jeden operator może kierować nawet 20–30 dronami jednocześnie. Większość prowadzonych testów ma związek z zapewnieniem bezpieczeństwa i niezawodności statku UAV: mają one zagwarantować, że dron będzie w stanie zrealizować dostawę niezależnie od napotkanych warunków atmosferycznych.

Drony Zipline od samego początku były projektowane z myślą o możliwości produkcji, ponieważ to właśnie one umożliwiają rozwój działalności biznesowej. Każdy z nich może wykryć niektóre z występujących usterek. Jeśli pojawią się problemy, dron zawróci i skieruje się z powrotem do centrum dystrybucyjnego. Zipline może wtedy natychmiast wysłać kolejny samolot, aby zamówienie na pewno zostało zrealizowane. Niezawodność i bezpieczeństwo dronów odgrywa niezwykle ważną rolę już od początków istnienia firmy i to właśnie na nich skupia się duża część inżynierii oraz testów.

– Chcemy zapewnić centrom dystrybucyjnym odpowiednią liczbę dronów, dlatego musimy sprawić, by ich montaż był jak najprostszy – tłumaczy Chaknova. – Ważna jest również ich bezproblemowa konserwacja i utrzymanie. Tylko tak możemy mieć pewność, że drony będą wciąż latać i ratować ludzkie życie.

Inżynierowie firmy Zipline projektują i budują prototypy dronów w Kalifornii. Gdy są w stu procentach gotowe do pracy, statki UAV wysyła się do centrum dystrybucyjnego w Rwandzie. Stamtąd właśnie latają do miejsc, które zgłaszają zapotrzebowanie na krew. Mieszkający na co dzień w Kalifornii inżynierowie, którzy odwiedzili Rwandę i mieli okazję zobaczyć drony w akcji, rozumieją wpływ swojej pracy i to, że przyczyniają się do ogromnych zmian.

– To było niesamowite doświadczenie: pojechać do Rwandy i z bliska zobaczyć, jak samolot wzbija się w powietrze – podkreśla robotyk Jeremy Schwartz. – Tutaj, w Kalifornii, zajmujemy się po prostu eksperymentami, testami. W Rwandzie nasz dron dostarcza krew dla kogoś, kto bardzo jej potrzebuje. Ratujemy w ten sposób ludzkie życie i myślę, że jest to coś niesamowitego.

Praca nad tym projektem jest niezwykła – zarówno pod względem wydajności, szybkości działania i kwestii moralnych – i cieszę się, że miałem możliwość zobaczenia jej rezultatów na własne oczy.

Zipline codziennie wysyła w drogę setki inteligentnych, autonomicznych dronów, które od początku działalności firmy zrealizowały już tysiące misji w Rwandzie. Przedsiębiorstwo stale się rozwija i zwiększa swój zasięg. Jego główny cel to pomoc coraz większej liczbie osób, aby dostęp do niezbędnych produktów medycznych nie zależał od miejsca zamieszkania.

– Chcemy uczyć się na własnych doświadczeniach, iść naprzód z miejsca, w którym jesteśmy dziś, stale zwiększać skalę naszej działalności i przyczynić się do czegoś niezwykłego – podsumowuje Wyrobek.