Inspiration
Die weltweite Ausbreitung von COVID-19 wurde am 11.03.2020 von der WHO zu einer Pandemie erklärt. Dies bedeutet für die Bevölkerung nahezu jeden Landes der Welt große Einschnitte im Alltag und bietet für das Leben wie wir es bisher kennen enorme Herausforderungen. Niemand kann gerade genau sagen welche Maßnahmen gegen das Virus helfen und die enorm große Anzahl von schwer Betroffenen zwingt manche Regierungen zu drastischen Maßnahmen wie Ausgangssperren, um die Ausbreitung des Virus zu verlangsamen. Dies kann jetzt eine sinnvolle Maßnahme sein, die allerdings mit großen Einschränkungen der persönlichen Freiheitsrechte einhergeht. Kurz- und mittelfristig sind diese Maßnahmen daher allerdings unzureichend, weswegen man sich schon jetzt fragen muss wie wir die COVID-19 Herausforderungen zukünftig angehen. Dazu muss man verstehen wie ein Virus vermehrt und ausgebreitet wird. Laut des Robert Koch Instituts ist der Hauptausbreitungsweg die Tröpfcheninfektion (1). Maßnahmen die dagegen helfen sind beispielsweise „social distancing“ und die Verwendung von eines Mundschutzes. Auch andere Maßnahmen sind denkbar. Studien des National Institute of Health (USA) haben aber auch gezeigt, dass Schmierinfektionen auch ein nicht zu vernachlässigender Übertragungsweg sind. Während beispielsweise in einer Studie HCoV-229E auf Plastik bereits nach 72 Stunden seine Infektiösität verlor, blieb SARS-CoV-1 auf demselben Medium bis zu sechs Tage infektiös (2). Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit von SARS-CoV-1 und SARS-CoV-2 ist für SARS-CoV-2 eine ähnliche Tenazität zu erwarten. (3) Technische Oberflächen auf denen das Virus besonders aktiv bleibt sind vor allem Plastik- und Stahloberflächen (4). Gerade diese Materialen finden sich in unserem Alltag überall wieder und werden vor allem in öffentlich zugänglichen Gebäuden dort eingesetzt wo viele verschiedene Menschen in Kontakt mit den Oberflächen kommen. Darunter sind Türklinken, Türknaufe, Fenstergriffe, Toilettenspülungen, Wasserhähne, Tasten in Aufzügen sowie PIN-Eingabesystemen und viele viele mehr. Zum Schutz vor Kontaminationen über diese Oberflächen bieten sich grundsätzlich zwei Strategien an. Erstens eine Änderung der Infrastruktur wie der Einbau kontaktloser Türen und Wasserhähne. Dies wird allerdings sehr kostenintensiv und einzelne Personen können sich nie sicher sein, in welchen Gebäuden welche Maßnahmen umgesetzt sind. Die zweite Strategie ist die Verwendung einer persönlichen Schutzausrüstung (PSA). Genau hier findet sich die Motivation für unser Projekt!
What it does
Unser Projekt beinhaltet die Entwicklung und Prototypisierung einer persönlichen Schutzausrüstung zur Verminderung von Schmierinfektionen. Wichtige Merkmale die wir vor der Entwicklung identifiziert haben sind:
Niedrige Kosten und leichte Umsetzbarkeit Die PSA sollte für jeden Menschen in Deutschland bezahl- und umsetzbar sein. Mittelfristig sollte die PSA auch für Menschen in Entwicklungs- und Schwellenländern finanzierbar sein. Idealerweise sollen die Materialien zu einem Großteil in jedem Haushalt zu finden sein.
Vermeidung von Kreuzkontaminationen: Um Schmierinfektionen zu vermeiden werden beispielsweise Türen häufig mit Ellbogen oder Hüfte geöffnet. Dies verringert zwar das Infektionsrisiko ist aber oft umständlich und kann zu Kreuzkontaminationen führen. Aus diesem Grund haben wir ein Konzept entwickelt bei denen Oberflächen der PSA, die eventuell kontaminiert werden abseits der Nutzung immer innenliegend sind. So werden Kreuzkontaminationen beinahe vollständig ausgeschlossen.
Desinfizierbarkeit/Hygiene: Die PSA ist so ausgelegt, dass sie kontaminierte Oberflächen desinfizierbar und so demontierbar dass diese auch von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden können, während der Hauptteil lange weiterbenutzt werden kann.
Skalierbarkeit: Die Prototypenversion sollte aus im Haushalt auffindbaren Gegenständen herstellbar sein. Eventuell müssen sie durch kleine und in großen Stückzahlen herstellbare 3D-gedruckte Teile ergänzt werden. Das Design wird unter der Prämisse erstellt eine günstige Massenproduktion (wie Spritzguss) möglich zu machen.
Gesellschaftliche Akzeptanz: Ein nicht zu unterschätzender Faktor bei der Entwicklung einer PSA im persönlichen Bereich ist die gesellschaftliche Akzeptanz. Besonders auffällige PSA könnten in bestimmten demographischen Gruppen zu einer ablehnenden Haltung führen. Aus diesem Grund wurde ein schlankes Design angestrebt, dass nur während der Nutzung für Außenstehende sichtbar ist.
Praktikabilität: Die PSA soll ich vielen Alltagssituationen verwendet werden können. Dazu ist es sinnvoll diese so zu designen, dass sie jederzeit in „Bereitschaft“ ist und so die Hemmschwelle der Nutzung herabgesetzt wird.
Vielseitige Anwendbarkeit: Das Design soll so ausgelegt werden, dass möglichst viele der oben genannten Oberflächen bedient werden können.
How we built it
Zu Beginn der Hackathons stand die Idee von Veit eine 3D-gedruckte Vorrichtung zu erstellen, die über ein Gummiband am Unterarm befestigt werden kann (siehe Bild 1). Aus verschiedenen Gründen konnten wir uns im Team erst ab Samstagmittag gegen 12 Uhr austauschen. Schnell stand dabei für uns fest, dass die Idee insofern gut war, dass sie ein vorhandenes Problem mit Infektionswegen adressiert, aber auch erhebliche Mängel im Hinblick auf die oben genannten Merkmale hat. Hauptkritikpunkte waren hierbei die großen Dimensionen der PSA, die problematisch für die gesellschaftliche Akzeptanz werden könnte und die geringe Flexibilität, die diese PSA in Hinblick auf Beispielsweise Türöffnern hat. So ist das Bedienen von Türknaufen mit dem Design kaum möglich. Das größte identifizierte Problem waren allerdings auch die außenliegenden Kontaktflächen, die die Gefahr von Kreuzkontaminationen bergen. Also mussten wir unser vorhandenes Design direkt zu Projektbeginn aufgeben. Glücklicherweise sind wir über die Diskussion über innenliegende Oberflächen und selbstschließende Mechanismen auf den Mechanismus gekommen, der beispielsweise in einigen Brillenetuis verwendet wird. Dabei wird das Etui so geöffnet, dass an der Öffnung über die schmalen Seiten mit den Fingern Druck ausgeübt wird. Ohne Druck schließt das Etui durch die Verwendung von Blattfedern in Öffnungsbereich daraufhin automatisch. Dieses Prinzip wurde daraufhin Kern unserer Erfindung, vor allem für das Bedienen von Türknaufen und –klinken (genannt Türöffner). Für die Bedienung von Tasten haben wir einen kugelschreiberähnlichen Mechanismus entwickelt bei dem die Kontaktfläche bei Nichtbenutzung in einem Gehäuse versenkt ist und bei Benutzung herausgefahren werden kann (genannt Stift. Langfristig soll die Kontaktfläche so beschichtet werden, dass kapazitive Touchdisplays von Handys, Computern oder Bankterminals auch bedient werden können. Beide Elemente können im Alltag jederzeit sicher bedient werden, da Kontaktflächen automatisch nach Innen gewendet werden, wenn die Bedienung vorbei ist. Für die Akzeptanz ist es essenziell dass der Bediener nicht in einer Tasche kramen muss oder überhaupt darüber nachdenken muss, wo sich die Elemente befinden. Schneller unkomplizierte Zugriff und Rückstellung nach Benutzung sind für den Alltagsgebrauch unabdingbar. Aus diesem Grund wurde ein drittes Kernelement definiert (genannt Befestigung). Dabei handelt es sich um Rückstellbänder aus Nylon, die an Laschen jeder Art befestigt werden können – auch bekannt als Rückstellbänder für Schlüsselkarten, Skipässe oder dergleichen (siehe 5). Diese sind bereits kommerziell erhältlich und sollten in großen Stückzahlen kostengünstig herstellbar sein. Da Veit und Andi beide eine hohe Affinität zu 3D-Druck haben, drehten sich unsere Designkonzepte zunächst hauptsächlich um diese Herstellungsmethode. Je länger wir diskutiert haben desto klarer wurde uns, dass wir womöglich auch etwas entwickeln können, dass Menschen sogar aus im Haushalt befindlichen Gegenständen herstellen können. Unser erster Prototyp beispielsweise konnte von Veit mit Teilen, die er in 1 Meter Abstand um seinen Schreibtisch aufgefunden hat zusammengebaut werden (Bild 2). Gut, Veit ist auch ein typischer Tüftler und diese haben durchschnittlich 3.454 Werkzeuge und 7.842 Verbrauchsteile rund um ihren Schreibtisch liegen (6). Trotzdem haben wir uns über die potenzielle Einfachheit der Umsetzung gefreut, weil wir der Meinung sind, dass einfache und effiziente Lösungen furchtbar befriedigend sind. Als wir unseren ersten Prototyp hatten haben wir uns noch Hilfe bei einem befreundeten Konstrukteur (Danke Steffen) geholt. Veit und Steffen haben dann das Design hochskaliert und im Vergleich zum Prototyp optimiert. Andi hat sich in der Zwischenzeit von einem biologisch ausgebildeten Menschen beraten lassen, ob unsere Annahmen zu Infektionswegen und Desinfektionsmöglichkeiten wirklich stimmten (Danke Shanti). Außerdem konnte uns eine befreundete Graphikdesignerin noch mit ansprechenden und erklärenden Skizzen versorgen (Danke Nele) und eine weitere Freundin, die in der Ausbildung zu Patentanwältin ist hat für uns ein wenig die Patentlage gescoutet, da uns eine Rechtefreiheit am Produkt extrem wichtig ist (Danke Hannah).
Challenges we ran into
Die größte Herausforderung in diesem Projekt war sicherlich der kleine Zeithorizont (zwischen dem ersten digital 'Moin' und dem Hochladen des Videos lagen etwa 30 h) und die räumliche Entfernung von Andi und Veit, da wir nicht gemeinsam programmierten, sondern einen reell existierenden Prototypen anfertigen wollten. Für Diskussionen über 3-dimensionale Objekte und die Funktionsfähigkeit dieser sollte man sicherlich besser an einem Ort sein oder über die passende digitale Infrastruktur verfügen – hatten wir allerdings nicht. Lange, von lustigen Missverständnissen geprägte Skypediskussionen von zwei Menschen, die sich eigentlich nie begegnet sind später, können wir allerdings feststellen, dass wir dieser Herausforderung recht anständig gerecht werden konnten. Spaß hatten wir auch noch dabei. Eine weitere Herausforderung bei Vorhaben wie diesem Hackathon ist, dass man vor lauter geballter Kompetenz und der enormen Vielfalt möglicher gemeinsamer Projekte nicht an einem Problem vorbei entwickelt oder gar die Umsetzbarkeit in der realen Welt aus den Augen verliert.
Accomplishments that we're proud of
Andi und Veit sind stolz darauf in sehr kurzer Zeit mit begrenzten Mitteln und in einem kleinen Team einen tatsächlich funktionierenden Prototypen hergestellt zu haben. Zusätzlich erfüllt unser Konzept alle, der von uns im Vorfeld definierten Merkmale und ist dabei nicht „overenginiert“ sondern basiert auf ein paar wenigen simplen Ideen, die uns selber durch ihre leichte Umsetzbarkeit überzeugen. Und Ideen die funktionieren, eben weil sie so leicht sind versprühen unserer Meinung nach einen enormen Charme (oder etwa nicht?). Wie schon erwähnt haben wir keines Falls ausschließlich zu zweit gearbeitet, sondern viele liebe und talentierte Menschen haben uns geholfen. Diese Menschen waren vielseitigen Ursprungs, nämlich Teilnehmer des Hackathons, Freunde die wir telefonisch um Rat gebeten haben und auch unsere Mitbewohner, die uns mit Rat und/oder Tag zur Seite standen. Aus diesem Grund können wir auch sagen, dass das erlebte Gemeinschaftsgefühl in diesem Gruppenprojekt sehr Stolz macht.
What we learned
Wir haben auf jeden Fall gelernt, dass in kurzer Zeit sehr viel möglich ist und dass die besten Mittel sich zu motivieren Spaß und ein Zugehörigkeitsgefühl sind. Wir haben gelernt, dass völlig fremde Menschen über das Bearbeiten gemeinsamer Projekte einen „Draht“ entwickeln können und dadurch effektiv kommunizieren können.
What's next for 1_028_b_kreativer_gesundheitsschutz_HandsFreeTüröffner
Wir würden gerne mit Virologie- und Epidemiologieexperten diskutieren, ob unsere Erfindung wirklich einen positiven Einfluss auf die Coronaeindämmung haben kann. Danach würden wir gerne in einem kleinen Rahmen Prototypen herstellen, um damit die Akzeptanz in einem Arbeitsumfeld abzuklären. Basierend auf den Ergebnissen dieser Feldstudie könnte man überlegen, ob man eine Hochskalierung anstrebt. Je nach endgültigem Design müsste man dafür in großen Stückzahlen produzieren oder ein Design anstreben, dass auf Haushaltsgegenständen basiert. In beiden Fällen müssten durch proaktive Werbung in der Gesellschaft auf die Möglichkeit des Selbst- und Nächstenschutzes durch die Verwendung unserer PSA aufmerksam gemacht werden.
Literature
(1) https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges_Coronavirus/Steckbrief.html
(2) Rabenau HF, Cinatl J, Morgenstern B, Bauer G, Preiser W, Doerr HW. Stability and inactivation of SARS coronavirus. Med Microbiol Immunol. 2005;194(1-2):1-6
(3) https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges_Coronavirus/Risikobewertung.html
(4) https://www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200320192755.htm
(6) Andis unprofessionelle Schätzung.
Built With
- 3d-printer
- alltagsgegenstande
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