- Innovative Drohnentechnologie als künftiges Instrument der Transplantationsmedizin -
Einem holistischen Gestaltungsansatz folgend, wurden neue, sich noch in der Entwicklung befindliche Technologien, bereits bestehende Ansätze, sowie nachhaltige Grundgedanken und Teilkomponenten in das Konzept integriert. Kombiniert mit einer sich im technischen Fortschritt befindlichen Drohnentechnologie, wurde ein Gestaltungsansatz geschaffen, welcher medizinische Supply Chains grundlegend verändern soll.
MOTIVATION
Under the guiding themes of New Work & Corporate Health, a new approach to improving medical transport (health care logistics) should be developed, including relevant interfaces, which addresses current and future problems and combines them in the best possible way. Above all, emergency situations require a fast and flexible action strategy that makes the direct delivery of medical aid essential. Time and flexibility are therefore two essential factors that have to be combined in a medical context.
Unter den Leitthemen New Work & Corporate Health sollte ein neuer Lösungsansatz zur Verbesserung medizinischer Transporte (Health-Care-Logistik) unter Einbeziehung relevanter Schnittstellen entwickelt werden, welcher momentane und künftige Problemstellungen aufgreift und bestmöglich miteinander kombiniert. Dabei bedürfen vor allem Notsituationen einer schnellen und flexiblen Handlungsstrategie, die eine direkte Liefermöglichkeit von medizinischen Hilfsgütern unabdingbar macht. Zeit und Flexibilität sind somit zwei wesentliche Faktoren die im medizinischen Kontext miteinander vereint werden müssen.
RELEVANZ
Drones will play an outstanding role in the future, as they can follow specified flight routes as so-called UAVs (unmanned aerial vehicles). Based on current standards, it is legitimate to transport the majority of biological samples between sites within a certain period of time by ground transport. This makes the system vulnerable to traffic jams, accidents, construction work and more. Unsafe travel times and damage to the transported goods are the result. Depending on the organ, there may be a maximum of four to 24 hours between removal and transplantation. The following applies: the shorter the ischemia time, i.e. the time in which the organs are not supplied with blood, the greater the likelihood of a successful transplant.
Drohnen spielen zukünftig eine herausragende Rolle, da sie als sogenannte UAV‘s (unmanned aerial vehicle) vorgegebenen Flugrouten folgen können. Ausgehend von derzeitigen Standards ist es legitim, die Mehrzahl an biologischen Proben innerhalb einer bestimmten Zeit per Bodentransport zwischen den Standorten zu transportieren. Dadurch ist das System anfällig für Verkehrsstaus, Unfälle, Bauarbeiten und mehr. Unsichere Reisezeiten und die Beschädigung des Transportguts sind hierbei die Folge. Zwischen Entnahme und Transplantation dürfen je nach Organ maximal vier bis 24 Stunden liegen. Dabei gilt: je kürzer die Ischämiezeit ist, also die Zeit, in der die Organe nicht durchblutet werden, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Transplantation.
TECHNIK & ANTRIEB
As an energy converter, the drone has a fuel cell that processes the hydrogen from the wings and then sets the carbon fiber propellers in motion. The hydrogen is not lost during the cycle process and thus fulfills two tasks at the same time. Alternatively, from a more sustainable point of view, a supercapacitor can be used instead of the accumulator, which is supplied by a solar cell in the drone shell. Other components such as power electronics, speed controllers, GPS modules, charging connections or sensors run in the middle or at symmetrical intervals so as not to negatively affect the stability of the drone.
Die Drohne besitzt als Energiewandler eine Brennstoffzelle, die den Wasserstoff aus den Flügeln verarbeitet und in der Folge die Kohlefaserpropeller in Bewegung setzt. Der Wasserstoff geht während des Kreislaufprozesses nicht verloren und erfüllt hierdurch gleich zwei Aufgaben. Alternativ kann unter nachhaltigeren Gesichtspunkten statt des Akkumulators ein Superkondensator herangezogen werden, welcher über eine Solarzelle in der Drohnenhülle versorgt wird. Weitere Komponenten wie Leistungselektronik, Speed Controler, GPS Module, Ladeanschlüsse, oder Sensoren verlaufen jeweils mittig bzw. in symmetrischen Abständen, um die Stabilität der Drohne nicht negativ zu beeinflussen.
MOTOREN & PROPELLER
The brushless motors can be adapted to the respective flight situations thanks to their folding mechanism and, in combination with the two outer wings, enable vertical takeoff and landing for densely populated or difficult to access areas. In gliding, however, significantly higher speeds can be achieved without additional active performance. The propellers can be divided into two functional principles. The two front propellers are comparable to conventional drone technology, whereas the four propellers on the back of an MAV study by the ModLab of the University of Philadelphia (cf. Lynch, Kevin (ed.) 2018) were modeled on to ensure stable and safe buoyancy to ensure high load capacity. The functionality is the same as that of a gyroplane, but this is possible with the help of a normal brushless motor and a modified motor control system. The diametrical magnetic motor is controlled centrally by a magnetic encoder, which means that the respective rotor blades can change their angle as a result of the airflow flowing in the opposite direction.
Die Brushless-Motoren sind durch Ihren Klappmechanismus an die jeweiligen Flugsituationen anpassbar und ermöglichen in Kombination mit den beiden Außenflügeln für dicht besiedelte oder schwer zugängige Gebiete ein Vertical Takeoff and Landing. Im Gleitflug können hingegen deutlich höhere Geschwindigkeiten ohne aktive Zusatzleistung erzielt werden. Die Propeller können hierbei in zwei Funktionsprinzipien aufgeteilt werden. Die beiden Front-Propeller sind mit der herkömmlichen Drohnentechnologie vergleichbar, wohingegen die vier Propeller der Rückseite einer MAV-Studie des ModLab der University of Philadelphia (vgl. Lynch, Kevin (Hg.) 2018) nachempfunden wurde, um einen stabilen und sicheren Auftrieb bei hoher Traglast zu gewährleisten. Die Funktionsweise gleicht hierbei der eines Tragschraubers, jedoch ist dies mithilfe eines gewöhnlichen Brushless Motors und eines modifizierten Motor Control Systems möglich. Der diametrische Magnetmotor wird durch einen magnetischen Encoder zentral angesteuert, wodurch die jeweiligen Rotorblätter in Folge des entgegenströmenden Luftstroms ihren Winkel verändern können.
KONZEPTION & DESIGN
The design of “Hydron”, a solution to improve medical transport in the air, draws its organic design language from aerodynamics and the associated lift. Thanks to its futuristic design, the drone embodies
technological concept and its natural look a harmoniously elegant design. The color scheme is kept very puristic. White and black therefore serve as defining elements, while metallic accents give expression to the technological context.
technological concept and its natural look a harmoniously elegant design. The color scheme is kept very puristic. White and black therefore serve as defining elements, while metallic accents give expression to the technological context.
Der Entwurf von „Hydron“, einem Lösungsansatz zur Verbesserung medizinischer Transporte in der Luft schöpft seine organische Formensprache aus der Aerodynamik und dem damit verbundenen Auftrieb. Die Drohne verkörpert hierbei dank ihres futuristisch-
technologischen Konzeptes und ihrer naturgebundenen Anmutung ein harmonisch elegantes Design. Die Farbgestaltung ist hierbei sehr puristisch gehalten. Weiß und Schwarz dienen folglich als prägende Elemente, während metallische Akzente dem technologischen Kontext Ausdruck verleihen.
technologischen Konzeptes und ihrer naturgebundenen Anmutung ein harmonisch elegantes Design. Die Farbgestaltung ist hierbei sehr puristisch gehalten. Weiß und Schwarz dienen folglich als prägende Elemente, während metallische Akzente dem technologischen Kontext Ausdruck verleihen.
DIE TRANSPORTBOX
KONZEPTION
The overall system consists of two main components, which on the one hand consist of the UAV, i.e. the drone itself and the box for the actual organ transport. These components enter into an interdependence, i.e. a mutual dependency, which affects the energy storage of the drone on the one hand and the temperature control of the box on the other. The transport box has a modular structure, which benefits a flexible change in use in the medical sector. It consists of a hard shell outer shell, which guarantees a hermetic transport and should therefore protect against external influences such as impacts and chemical substances.
Das Gesamtsystem besteht aus zwei Hauptkomponenten, die einerseits aus dem UAV, also der Drohne selbst und der Box zum eigentlichen Organtransport bestehen. Diese Komponenten gehen eine Interdependenz ein, also eine gegenseitige Abhängigkeit, die sich einerseits auf die Energiespeicherung der Drohne, andererseits auf die Temperierung der Box auswirkt. Die Transportbox ist hierbei modular aufgebaut, was einer flexiblen Nutzungsänderung im medizinischen Sektor zu Gute kommt. Sie besteht aus einer Hard Shell Außenhülle, welche einen hermetischen Transport garantiert und somit vor äußeren Einflüssen wie Stößen und chemischen Substanzen schützen soll.
USABILITY
The box has two handles on both sides for ergonomically comfortable handling. Combined with the symmetrical Division inside the transport box, the weight can be distributed to a more natural posture of the user. The inner area consists of several modular partition areas that can be equipped differently depending on the type of use. Essential components for a smooth perfusion of an organ are the transparently separated transport vessel in which the organ to be transplanted is located. This is connected to the outside area via a complex hose system that is tailored to the organ.
Für eine ergonomisch komfortable Handhabung verfügt die Box an beiden Seiten über zwei Griffe. Kombiniert mit der symmetrischen
Aufteilung im Inneren der Transportbox kann das Gewicht auf eine natürlichere Körperhaltung des Nutzers verteilt werden. Der innere Bereich besteht hierbei aus mehreren modularen Abtrennungsbereichen, die je nach Nutzungsart unterschiedlich bestückt werden können. Wesentliche Bestandteile für eine reibungslose Perfusion eines Organs sind hierbei das transparent abgetrennte Transportgefäß in dem sich das zu transplantierende Organ befindet. Dieses wird über ein komplexes, jeweils auf das Organ abgestimmtes Schlauchsystem mit dem Außenbereich verbunden.
Aufteilung im Inneren der Transportbox kann das Gewicht auf eine natürlichere Körperhaltung des Nutzers verteilt werden. Der innere Bereich besteht hierbei aus mehreren modularen Abtrennungsbereichen, die je nach Nutzungsart unterschiedlich bestückt werden können. Wesentliche Bestandteile für eine reibungslose Perfusion eines Organs sind hierbei das transparent abgetrennte Transportgefäß in dem sich das zu transplantierende Organ befindet. Dieses wird über ein komplexes, jeweils auf das Organ abgestimmtes Schlauchsystem mit dem Außenbereich verbunden.
The transport box is 40 centimeters wide, 65 centimeters long and around 15 centimeters high and is able to accommodate all types of internal organs. The box can then be stowed in the drone. In the lower area of the box, the gas exchanger, the blood reservoir and other components can be accommodated in a space-saving manner.
Die Transportbox ist mit einer Abmessung von 40 Zentimetern Breite, 65 Zentimetern Länge und circa 15 Zentimetern Höhe in der Lage innere Organe jeglicher Art aufzunehmen. Anschließend kann die Box in der Drohne verstaut werden. Im Unteren Bereich der Box können der Gasexchanger, das Blutreservoir und weitere Komponenten platzsparend untergebracht werden.
"HYDRON" APP
The respective settings related to the temperature, the oxygen content and the flight data of the drone can be read via a specially designed control app, which records all the necessary data and forwards it to the user. This makes it possible to control the drone externally and to check medical data promptly. The interface is simple and clear. Relevant data on flight time, fuel consumption and flight route can be found in the corresponding submenus. New targets can be entered in the tracking mode of the drone using the search function.
Die jeweiligen Einstellungen bezogen auf die Temperierung, den Sauerstoffgehalt und die Flugdaten der Drohne können über eine eigens konzipierte Kontroll-App abgelesen werden, welche alle notwendigen Daten erfasst und an den Nutzer weiterleitet.
Hierdurch ist es möglich die Drohne extern zu steuern, als auch medizinische Daten zeitnahe zu prüfen. Das Interface ist schlicht und übersichtlich gestaltet. Relevante Daten über Flugzeit, Kraftstoffverbrauch und Flugroute befinden sich in den entsprechenden Untermenüs. Neue Ziele können im Trackingmodus der Drohne mithilfe der Suchfunktion eingegeben werden.
Hierdurch ist es möglich die Drohne extern zu steuern, als auch medizinische Daten zeitnahe zu prüfen. Das Interface ist schlicht und übersichtlich gestaltet. Relevante Daten über Flugzeit, Kraftstoffverbrauch und Flugroute befinden sich in den entsprechenden Untermenüs. Neue Ziele können im Trackingmodus der Drohne mithilfe der Suchfunktion eingegeben werden.
