의료용 인공호흡기의 신속한 배포를 목표로 하는 오픈 소스 참조 게시판

많은 의료기기는 저속에서 정밀한 임베디드 모션컨트롤이 필요하며, 코로나19 시대에 의료용 인공호흡기는 환자 치료에 매우 수요가 많은 의료 장비 중 하나입니다.

이 문제를 해결하기 위해 Trinamic Motion Control(Maxim Integrated의 일부)은 Trinamic Open-Source Ventilator(TOSV) 프로젝트의 일환으로 의료 인공호흡기 설계를 가속화하는 오픈 소스 참조 기판을 출시했습니다. 하드웨어와 소프트웨어를 모두 오픈 소스로 제공하는 TMC4671+TMC6100-TOSV-REF 레퍼런스 디자인 보드는 TMC4671 및 TMC6100 장치를 소형 모듈에 결합합니다. BLDC 서보 드라이버는 의료 인공호흡기 또는 호흡기 시스템을 수용하기 위해 최대 6A RMS로 12~36V가 가능합니다. 설계 주기를 더욱 가속화하기 위해 오픈 소스 모듈에는 Raspberry Pi 스타일의 SBC 커넥터와 압력 센서 추가 보드용 공간이 있습니다.

자동 인공호흡기에는 압력 흐름, 체적, 호흡률과 같은 변화를 모니터링하고 이에 대응하기 위한 적절한 센서 기술이 장착되어야 하기 때문에 모듈에는 홀 센서 인터페이스와 압력 센서 애드온 보드(옵션)용 커넥터가 함께 제공됩니다. 이 데이터는 Trinamic에서 참조 설계 모듈용으로 개발한 무료 오픈 소스 펌웨어를 사용하여 터치 스크린이 있는 Raspberry Pi에서 직접 시각화할 수 있습니다.

회사는 이 참조 설계의 목표가 코비드-19 위기 동안 기존 구성 요소의 리드 타임 증가를 우회하여 쉽게 구할 수 있는 구성 요소를 사용하여 의료 인공 호흡기를 구축할 수 있는 방법을 엔지니어에게 보여주는 것이라고 말했습니다. Trinamic은 자사의 목표가 의료용 인공호흡기를 생산하는 것이 아니라 고품질 인공호흡기를 제공하는 것이 단기간에 의료 장비 회사에서 대량 생산할 수 있는 것을 제공한다는 점을 강조합니다.

Trinamic의 설립자인 Michael Randt는 “처음부터 BLDC 모터를 기반으로 하는 고 RPM 터빈 모터를 사용하기로 결정했습니다. 압력 및 체적 유량 센서와 함께 동적으로 제어되는 모터는 압력 제어 및 유량 제어 환기 모드를 모두 가능하게 합니다."

CPAP(continuous positive airway pressure) 장치 터빈의 제어에 대한 이전 경험을 바탕으로 Trinamic은 한 가지 분명한 사실이 있다고 말했습니다. 저유도 BLDC 모터의 빠르고 동적 제어를 제공하는 것은 매우 어려울 수 있다는 것입니다. 높은 스위칭 주파수와 전류 리플, 그에 따른 스위칭 및 고정자 손실 간의 균형을 신중하게 고려해야 합니다. 내장된 TMC4671 서보 컨트롤러 IC를 통해 이 모듈은 마이크로컨트롤러와 독립적으로 PWM 주파수와 100kHz의 전류 컨트롤러 클록을 생성합니다. 이를 통해 25kHz 주파수와 비교할 때 시스템의 전류 소비가 성능 저하 없이 최대 15%까지 감소됩니다.

I2C 및 아날로그 센서용 애드온 보드를 통해 다양한 제조업체의 압력 센서를 지원할 수 있습니다. TMC4671+TMC6100-TOSV-REF는 단일 보드 컴퓨터에 연결하여 사용자 인터페이스 및 고급 제어 기능에 액세스할 수 있습니다. TOSV 프로젝트의 경우 터치스크린 디스플레이가 있는 Raspberry Pi를 사용했습니다.

완전 오픈 소스 레퍼런스 보드 TMC4671+TMC6100-TOSV-REF는 7월 중순부터 이용 가능하다. 모든 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어는 MIT 라이선스에 따라 오픈 소스입니다.