應(yīng)對新冠病毒的7個開源硬件項(xiàng)目
開源硬件解決方案可以為抵御新型冠狀病毒的傳播和痛苦做出貢獻(xiàn)。
開源硬件運(yùn)動長期以來一直主張維修權(quán)的重要性，完全擁有所購買的技術(shù)，并能夠像音樂一樣重新組合和復(fù)制部件。因此，在這個充滿挑戰(zhàn)的時期內(nèi)，開源硬件為由冠狀病毒大流行引起的一些問題提供了一些答案。
背景概述
首先，全球的硬件開發(fā)人員正在努力使用開源解決供應(yīng)鏈中的弱點(diǎn)，在過去 30 年中，這種理念推動了新軟件技術(shù)的大量涌現(xiàn)。過去在硬件運(yùn)動方面的成功，如 RepRap Project、Open Source Ecology 和 Open Source Beehives，證明了這一點(diǎn)是可以做到的。
對于使用 3D 打印和其他技術(shù)按需生產(chǎn)安全設(shè)備和按需制造它的替換零件，創(chuàng)客們的興趣日益增加。例如，香港理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室為醫(yī)院工作人員提供 3D 打印面罩。意大利初創(chuàng)公司 Isinnova 與米蘭 FabLab 合作，為受重災(zāi)的意大利北部提供用于呼吸機(jī)的 3D 打印替換閥。公司們還發(fā)布了設(shè)計(jì)以適應(yīng)我們的物理接觸需求，例如 Materialise 的 3D 打印免提開門器。這些更換零件和解決問題的示例是一個很好的起點(diǎn)，為挽救生命做出了努力。
另一種傳統(tǒng)的硬件技術(shù)正在加速發(fā)展：縫紉。法新社報道說，全球急需口罩，來自世界衛(wèi)生組織的指導(dǎo)也指明了其重要性。隨著一次性口罩要優(yōu)先供給于醫(yī)護(hù)人員，捷克共和國的人們開始縫制自己的口罩。（重復(fù)使用的口罩確實(shí)會帶來細(xì)菌問題。）Facebook 小組“捷克縫制口罩”開始在他們的國家解決這個問題，成千上萬的成員開始用起了他們的家用縫紉機(jī)。
開源硬件設(shè)備和機(jī)械項(xiàng)目也越來越受歡迎。首先，有一些測試性設(shè)備具備高精度且功能強(qiáng)大。其次，在沒有其他選擇方案的情況下，有一些醫(yī)療設(shè)備（頂多）可以歸類為現(xiàn)場級。這些項(xiàng)目將在下面詳細(xì)概述。
為了解更多信息，我與總部位于芝加哥的 Tapster Robotics 的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Jason Huggins 進(jìn)行了交談。Tapster Robotics 使用 3D 打印、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）加工和 Arduino 等開源電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造臺式機(jī)器人。他兼具技術(shù)知識和工業(yè)能力，具有很高的影響力。他想投入自己公司的資源來幫助這場斗爭。
“基本上，我們現(xiàn)在正處于第二次世界大戰(zhàn)的動員時刻。即使我不是醫(yī)生，我們?nèi)匀粦?yīng)該遵循希波克拉底誓言。無論我做什么，我都不想讓問題變得更糟”，Huggins 解釋，他認(rèn)為：“作為對策，世衛(wèi)組織執(zhí)行主任 Michael Ryan 博士發(fā)表了這樣的評論：‘速度勝過完美’?！?/p>
哇！
這個人是疾病傳播的全球權(quán)威。如果您是領(lǐng)導(dǎo)者（無論以何種身份），請注意。如果不是，也請注意。
— Jim RichardsSh??wgram（@JIMrichards1010）2020 年 3 月 15 日
Huggins 在應(yīng)需提供方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。他的努力有助于 Healthcare.gov 在挑戰(zhàn)性的最初啟動后得以擴(kuò)展。他還創(chuàng)建了軟件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測試框架 Selenium 和 Appium。有了這一經(jīng)驗(yàn)，他的建議非常值得考慮。
我還與 Tyson Law 的西雅圖律師 Mark Tyson 進(jìn)行了交談，他的合作對象是初創(chuàng)公司和小型企業(yè)。他在快速發(fā)展的行業(yè)中與敏捷公司合作有著直接的經(jīng)驗(yàn)。在闡述整個問題時，Tyson 說到：
《善良的撒瑪利亞人法Good Samaritan law》保護(hù)志愿者（即“好撒瑪利亞人”）免于因其在緊急情況下提供援助的決定而承擔(dān)責(zé)任。盡管這些法律的具體內(nèi)容因州而異，但它們具有共同的公共政策依據(jù)：即鼓勵旁觀者幫助遇到緊急情況的其他人?？梢韵胂螅藗鹘y(tǒng)的把車禍的受害者從傷害中拉出來之外，這種理論依據(jù)可以證明在不太傳統(tǒng)的環(huán)境中應(yīng)用這類法律的合理性。
對于這種特定情況，Tyson 指出：
“在采取行動之前，創(chuàng)客們明智的做法是與律師溝通一下，以針對特定的州進(jìn)行風(fēng)險評估。還應(yīng)謹(jǐn)慎地要求大型機(jī)構(gòu)（例如醫(yī)院或保險公司）通過合同接受潛在的責(zé)任風(fēng)險，例如，通過使用賠償協(xié)議，使醫(yī)院或其保險人同意賠償創(chuàng)客們的責(zé)任?！?/p>
Tyson 明白情況的緊迫性和嚴(yán)重性。使用合同的這種選擇并不意味著障礙。相反，這可能是一種幫助其大規(guī)模采用的方法，以更快地產(chǎn)生更大的變化。這取決于你或你的機(jī)構(gòu)。
綜上所述，讓我們探索正在使用或正在開發(fā)中的項(xiàng)目（可能很快就可以部署）。
7 個與新冠病毒對抗的開源硬件項(xiàng)目
Opentrons
Opentrons 的開源實(shí)驗(yàn)室自動化平臺由一套開源硬件、經(jīng)過驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)室器具、消耗品、試劑和工作站組成。Opentrons 表示，其產(chǎn)品可以“在下訂單后幾天內(nèi)每天自動進(jìn)行多達(dá) 2400 個測試”的系統(tǒng)，可以極大地幫助提高新冠病毒測試規(guī)模。它計(jì)劃在 7 月 1 日之前提升到多達(dá) 100 萬個測試樣本。
來自 Opentrons 網(wǎng)站，版權(quán)所有
該公司已經(jīng)在與聯(lián)邦和地方政府機(jī)構(gòu)合作，以確定其系統(tǒng)是否可以在緊急使用授權(quán)下用于臨床診斷。 Opentrons 在 Apache 2.0 許可證下共享。我最初是從與該項(xiàng)目有聯(lián)系的生物學(xué)家 Kristin Ellis 那里得知它的。
Chai 的 Open qPCR
Chai 的 Open qPCR 設(shè)備使用聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）快速檢測物品表面（例如，門把手和電梯按鈕）上的拭子，以查看是否存在新型冠狀病毒。這種在 Apache 2.0 許可證下共享的開源硬件使用 BeagleBone 低功耗 Linux 計(jì)算機(jī)。Chai 的 Open qPCR 提供的數(shù)據(jù)可以使公共衛(wèi)生、公民和企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者做出有關(guān)清潔、緩解、關(guān)閉設(shè)施、接觸追蹤和測試的更明智的決策。
OpenPCR
OpenPCR 是 Chai Open qPCR 的創(chuàng)建者 Josh Perfetto 和 Jessie Ho 的 PCR 測試設(shè)備套件。與他們的前一個項(xiàng)目相比，這更像是一種 DIY 開源設(shè)備，但它具有相同的使用場景：使用環(huán)境測試來識別野外冠狀病毒。正如該項(xiàng)目頁面所指出的那樣，“能夠檢測這些病原體的傳統(tǒng)實(shí)時 PCR 設(shè)備通?；ㄙM(fèi)超過 30,000 美元，而且不適合在現(xiàn)場使用。”由于 OpenPCR 是用戶構(gòu)建的工具包，并且在 GPLv3.0 許可證下共享，因此該設(shè)備旨在使分子診斷的訪問大眾化。
來自 OpenPCR 網(wǎng)站，版權(quán)所有
而且，就像任何優(yōu)秀的開源項(xiàng)目一樣，它也有一個衍生產(chǎn)品！瑞士的 Gaudi Labs 推出的 WildOpenPCR 也以 GPLv3.0 許可證共享。
PocketPCR
Gaudi Labs 的 PocketPCR 熱循環(huán)儀可通過升高和降低小試管中液體的溫度來激活生物反應(yīng)。它可以通過簡單的 USB 電源適配器供電，該適配器可以綁定到設(shè)備上，也可以單獨(dú)使用，不使用計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)時可使用預(yù)設(shè)參數(shù)。
來自 PocketPCR 網(wǎng)站，版權(quán)所有
與本文所述的其他 PCR 產(chǎn)品一樣，此設(shè)備可能有助于對冠狀病毒進(jìn)行環(huán)境測試，盡管其項(xiàng)目頁面并未明確說明。PocketPCR 在 GPLv3.0 許可證下共享。
Open Lung 低資源呼吸機(jī)
Open Lung 低資源呼吸機(jī)是一種快速部署的呼吸機(jī)，它以氣囊閥罩（BVM）（也稱為 Ambu 氣囊）為核心組件。Ambu 氣囊已批量生產(chǎn)，經(jīng)過認(rèn)證，體積小，機(jī)械簡單，并且適用于侵入性導(dǎo)管和口罩。 Open Lung 呼吸機(jī)使用微電子技術(shù)來感測和控制氣壓和流量，以實(shí)現(xiàn)半自主運(yùn)行。
Open Lung，GitLab
這個早期項(xiàng)目擁有一支由數(shù)百名貢獻(xiàn)者組成的大型團(tuán)隊(duì)，領(lǐng)導(dǎo)者包括：Colin Keogh、David Pollard、Connall Laverty 和 Gui Calavanti。它是以 GPLv3.0 許可證共享的。
Pandemic 呼吸機(jī)
Pandemic 呼吸機(jī)是 DIY 呼吸機(jī)的原型。像 RepRap 項(xiàng)目一樣，它在設(shè)計(jì)中使用了常用的硬件組件。該項(xiàng)目已由用戶 Panvent 于 10 多年前上傳到 Instructables，并且有六個主要的生產(chǎn)步驟。該項(xiàng)目是以 CC BY-NC-SA 許可證共享的。
Folding at Home
Folding at Home 是一個分布式計(jì)算項(xiàng)目，用于模擬蛋白質(zhì)動力學(xué)，包括蛋白質(zhì)折疊的過程以及與多種疾病有關(guān)的蛋白質(zhì)運(yùn)動。這是一個面向公民科學(xué)家、研究人員和志愿者的行動呼吁，類似于退役的 SETI@Home 項(xiàng)目使用家中的計(jì)算機(jī)來運(yùn)行解碼計(jì)算。如果你是具備強(qiáng)大計(jì)算機(jī)硬件功能的技術(shù)人員，那么這個項(xiàng)目適合你。
Vincent Voelz，CC BY-SA 3.0
Folding at Home 項(xiàng)目使用馬爾可夫狀態(tài)模型（如上所示）來建模蛋白質(zhì)可能采取的形狀和折疊途徑，以尋找新的治療機(jī)會。你可以在華盛頓大學(xué)生物物理學(xué)家 Greg Bowman 的帖子《它是如何運(yùn)作的以及如何提供幫助》中找到有關(guān)該項(xiàng)目的更多信息。
該項(xiàng)目涉及來自許多國家和地區(qū)（包括中國香港、克羅地亞、瑞典和美國）的財(cái)團(tuán)的學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室、貢獻(xiàn)者和公司贊助者。 在 GitHub 上，在混合了 GPL 和專有許可證下共享，并且可以在 Windows、macOS 和 GNU/Linux（例如 Debian、Ubuntu、Mint、RHEL、CentOS、Fedora）。
許多其他有趣的項(xiàng)目
這些項(xiàng)目只是在開源硬件領(lǐng)域中解決或治療新冠病毒活動中的一小部分。在研究本文時，我發(fā)現(xiàn)了其他值得探索的項(xiàng)目，例如：
- Coronavirus Tech Handbook 提供的開源呼吸機(jī)、氧氣濃縮器等
- 來自 ProjectOpenAir 的有用的工程
- Hackaday 上的開源呼吸機(jī)黑客馬拉松
- 約翰·霍普金斯急診醫(yī)學(xué)住院醫(yī)師 Julian Botta 的簡單開源機(jī)械呼吸機(jī)規(guī)范
- 與冠狀病毒有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)釣魚、惡意軟件和隨機(jī)軟件正在增加，作者：Shannon Morse
- 將低成本的 CPAP 鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換為基本呼吸機(jī)，作者： jcl5m1
- A.I.R.E. 論壇上關(guān)于開源呼吸器和風(fēng)扇的討論（西班牙語）
- 關(guān)于新冠病毒的開源醫(yī)療硬件的特殊問題，作者：Elsevier HardwareX
這些項(xiàng)目遍布全球，而這種全球合作正是我們所需要的，因?yàn)椴《緹o視國界。新冠病毒大流行在不同時期以不同方式影響國家，因此我們需要一種分布式方法。
正如我和同事 Steven Abadie 在 OSHdata 2020 報告中所寫的那樣，開源硬件運(yùn)動是全球性運(yùn)動。參與該認(rèn)證項(xiàng)目的個人和組織遍布全球 35 個國家地區(qū)和每個半球。
如果你有興趣加入這場與全球開源硬件開發(fā)人員的對話，請加入開源硬件峰會的 Discord 服務(wù)器，并通過專用渠道進(jìn)行有關(guān)新冠病毒的討論。你在這里可以找到機(jī)器人專家、設(shè)計(jì)師、藝術(shù)家、固件和機(jī)械工程師、學(xué)生、研究人員以及其他共同為這場戰(zhàn)爭而戰(zhàn)的人。希望可以看到你。
