דף הבית מחשבים וטכנולוגיה טכנולוגיות חדשות טכניקות בידוד תרמי חדשניות מביאות חיסונים למדינות העולם המתפתח
טכניקות בידוד תרמי חדשניות מביאות חיסונים למדינות העולם המתפתח
מעיין סבן 30/04/15 |  צפיות: 6179

תוכנית Global Good של חברת Intellectual Ventures האמריקאית עבדה על טכנולוגיה חדשה בכדי להביא חיסונים לכל פינה בעולם. מתקן אחסון החיסונים הפאסיבי משתמש רק בגוש בודד של קרח ולא זקוק לחשמל ממקור חיצוני בכדי לאחסן תרופות בטמפרטורות נמוכות לתקופה של חודש שלם.

באזורים רבים של העולם המתפתח ישנה גישה מוגבלת מאוד לחשמל, ובמקומות רבים אין כלל תשתיות לאספקת חשמל. עובדה זו מעמידה אתגר גדול מאוד לדוקטורים ועובדי סיוע. עד ממש לא מזמן, חיסונים שהיה צריך לשמור בטמפרטורות נמוכות ויציבות לא היו יכולים להגיע לאזורים מנותקים בהם הכי צריך אותם. במסגרת תוכנית Global Good של חברת Intellectual Ventures, צוות של חדשנים המציאו מיכל המתפקד כמו תרמוס, אשר זכה לכינוי מתקן אחסון החיסונים הפאסיבי (מאח"פ) אשר עושה שימוש בבידוד בביצועים גבוהים במטרה לשנות לחלוטין את הדרך בה חיסונים מאוחסנים באזורים בהם החשמל מאוד מוגבל.

לעמוד בדרישות בטיחות מחמירות

אם לא שומרים אותם בטווח הטמפרטורות הרצוי במשך כל הזמן, החיסונים עלולים להתקלקל ולהפוך לבלתי שמישים. החוקרים בתוכנית היו חייבים להשתמש בפרמטרים שהוכתבו להם על ידי ארגון הבריאות העולמי. בכדי לעבור בצורה בטוחה, החיסונים חייבים להישמר בתוך חלון צר של בין 0 ל- 10 מעלות צלסיוס.

האבטיפוס הראשון שהחוקרים תכננו מבוסס על תרמוס קריוגני, מכשיר המסתמך על טכנולוגיה של ואקום ובידוד רב שכבתי בכדי לאחסן נוזלים קרים מאוד. תרמוסים המסוגלים להחזיק בד"כ חנקן נוזלי או חמצן נוזלי לתקופות זמן ממושכות יכולים להחזיק קרח רק לכמה ימים בטרם הוא נמס.

חוקרי Global Good ערכו ניסויים יחד עם מידול מערכות ואקום ותרמיות בתוכנת COMSOL Multiphysics במטרה לאתר חומרים ועיצובים שונים אשר יאפשרו למאח"פ לשמור על רמות ואקום גבוהות בטמפרטורות גבוהות. כמו תרמוס קריוגני, המאח"פ מבוסס על בידוד רב שכבתי בתוך חלל ואקום בכדי לצמצם מעבר חום. הרמה הגבוהה של ואקום מנטרלת בצורה וירטואלית הולכה של חום והובלת גזים, בעוד הבידוד הרב שכבתי מוריד בצורה דרמטית את מעבר החום הקרינתי. הבידוד הרב שכבתי, אשר עשוי משכבות אלומיניום רפלקטיביות מאוד מאוד דקות, הוא זהה לחומרים שמשתמשים בהם בספינות חלל.

סימולציות של אחסון חיסונים בתנאים קיצוניים

החוקרים השתמשו בתא סביבתי המדמה את תנאי האקלים השוררים באפריקה שמדרום לסהרה במטרה לחקור בקפדנות ולהבין את ביצועיהם של אבי הטיפוס שלהם. למרות זאת, בניית אבטיפוס איכותי של תרמוס ואקום כרוכה במאמץ רב, לכן על מנת לחקור כיווני תכנון שונים בצורה יעילה יותר בטרם בניית אבטיפוס, הקבוצה פנתה ל- COMSOL Multiphysics ולמודולים של התוכנה, Heat Transfer Module ו- Molecular Flow Module ולעוד כמה נוספים. האתגרים שלהם כללו ביצוע אופטימיזציה לגיאומטריה הפנימית עבור מקסימום זמן של אחסון קר, שמירה על יכולת ואקום גבוהה יותר, ושליטה על שחרור הגזים בחלל הואקום. צמצום שחרור הגזים הוא קריטי, שכן אפילו כמויות ממוצעות של שחרור גז עודף בתוך חלל הואקום במהלך החיים של המאח"פ יכולות לגרום לוואקום לאבד את האחדות שלו, דבר שיגביר את מעבר החום למכשיר.

בוצעה אופטימיזציה לגיאומטריה של המכשיר במטרה למקסם את זמן ההחזקה של החיסונים ובכדי שיהיה כמה שיותר נגיש לעובדי הבריאות בשטח. כקו הגנה ראשון נגד האלמנטים, החלק החיצוני של המתקן מכיל סוגר מתכת מרופד בבמפרים להגנה מגומי, בעוד החלק הפנימי של המאח"פ מכיל קונכייה קטנה המחוברת בחלקה העליון לחלק החיצוני עם תומכה. בשל עיצוב זה, מעבר חום מוליך יכול להתרחש רק בנקודת החיבור. בנוסף, רצועת תרכובת משמרת את חלל הואקום כך שאין כלל חדירה של גז מהאוויר שבסביבה.

לפי דבריו של דיויד גספרינו, אחד המהנדסים שהשתמשו ב- COMSOL בתהליך עיצוב המאח"פ, "COMSOL Multiphysics הוא כלי אדיר להפחתת זמן העבודה על מודלים מסובכים". בהמשך דבריו הוא ציין כי הם העריכו במיוחד "את העובדה כי בתוכנה הכל זורם ביחד בצורה פשוטה ואינטואיטיבית, וקל מאוד לבצע את הצימודים המולטיפיזיקליים החשובים". הצוות מצא כי המגוון הרחב של מודולים הקיימים בתוכנה עוזר מאוד למציאת הפיזיקות המורכבות שהיו רלוונטיות לתהליכי המידול שלהם.

שיפור העיצוב של מתקן האחסון עבור הדורות הבאים

כתוצאה מהמחקרים הניסויים והתיאורטיים שנעשו אודות המאח"פ, המתקן מסוגל להשפיע משמעותית על כל נושא החיסונים בעולם המתפתח, להביא את החיסונים לאזורים מנותקים ולאפשר להם להיות מאוחסנים לתקופות ארוכות יותר ללא צורך בחשמל. במהלך הזמן Intellectual Ventures ישפרו את עיצובי מתקני האחסון שלהם בכדי להשאיר את החיסונים קרים תקופות נרחבות יותר עם יעילות מוגברת אף יותר. הצוות ימשיך לעבוד במטרה ליצור כלים פורצי דרך עם היכולת להציל חיים ברחבי העולם.


דירוג המאמר:

תגיות של המאמר:

 מעיין סבן

מעיין סבן

נומריקל בע"מ

הדרכות מקצועיות בבניית סימולציות אמינות

שירותי סימולציה מתקדמים

סדנאות ללא עלות להרשמה קלה ומידית

עשרות סיפורי משתמשים מעניינים וחשובים לעיונכם



 


מאמרים נוספים מאת מעיין סבן
 
אופטימיזציה עם יישומי סימולציה לטכניקות הדפסה תלת-מימדית
לקיחת קונספט של טכנולוגיה חדשה משלב המחקר הראשוני ועד לפתרון המתאים לשימוש תעשייתי, מצריכה בדיקות קפדניות וולידציות. הדפסה תלת מימדית לדוגמא, הופיעה לראשונה בשנות ה- 80 המוקדמות עם רמת מוכנות טכנולוגית (Technology Readiness Level - שיטת מדידה של רמה טכנולוגית לשימוש תעשייתי אשר הוצעה ע"י NASA בשנות ה- 70) של TRL 1, וזה לקח מספר עשורים עד שהשיטה נודעה בשווקים התעשייתיים כשיטת ייצור חדשה ומדהימה שמתעתדת לשנות את העולם.

מסמלצים את תופעת ה- Crosstalk של אנטנות במטוס!
05/05/15 | פיזיקה
בעולם בו מערכות התקשורת בכלי טיס הופכות מורכבות יותר ויותר, לעיתים קרובות ניתן למצוא מספר אנטנות הממוקמות באותו המטוס. הדבר יוצר תופעה הנקראת "ערב דיבור", Crosstalk באנגלית, הפרעה באותות אשר זולגים מקו אחד למשנהו, דבר שעלול להפריע לתפקוד של כלי הטיס. במודל אשר יוצג בפירוט במאמר זה, נראה כיצד לבנות בתוכנת COMSOL Multiphysics 5.1 סימולציה של ההתערבות בין שתי אנטנות זהות - אחת משדרת והשניה מקבלת - במרכב של מטוס, במטרה לנתח את ההשפעה של תופעת ה- Crosstalk.

טכניקות בידוד תרמי חדשניות מביאות חיסונים למדינות העולם המתפתח
תוכנית Global Good של חברת Intellectual Ventures האמריקאית עבדה על טכנולוגיה חדשה בכדי להביא חיסונים לכל פינה בעולם. מתקן אחסון החיסונים הפאסיבי משתמש רק בגוש בודד של קרח ולא זקוק לחשמל ממקור חיצוני בכדי לאחסן תרופות בטמפרטורות נמוכות לתקופה של חודש שלם.

נאבקים בקורוזיה במתקני אחסון של פסולת גרעינית בעזרת סימולציה מולטיפיזיקלית מתקדמת
27/04/15 | מדע וטבע
קורוזיה היא האויב חסר הרחמים של המתכת, והמאבק עימה פשוט לא יכול להיגמר כאשר מעורבים תופי פלדה עמוסים בפסולת גרעינית. זהו המצב באיטליה, בה הופסק הייצור המקומי של אנרגיה אטומית, ועדיין קיים הצורך באחסון בטוח של פסולת רדיואקטיבית ברמה נמוכה המיוצר כתוצר לוואי של ייצור חשמל, ופעולות של מחקר, רפואה ותעשייה. Sogin S.p.A הינה החברה האיטלקית בבעלות הממשלה האחראית על הוצאה מכלל שימוש של אתרים גרעיניים באיטליה ועל הניהול של פסולת רדיואקטיבית.

CAE - Computer-Aided Engineering: הנדסה בעזרת מחשב
29/03/15 | תוכנה
הנדסה בעזרת מחשב, או הנדסה מבוססת מחשב, הינה השימוש הנרחב בתוכנת מחשב במטרה לסייע במשימות ניתוח הנדסיות. הנושא כולל את התחומים אנליזת אלמנטים סופיים - FEA Finite Element Analysis, דינמיקה חישובית של זורמים - CFD Computational Fluid Dynamics, דינמיקה של גופים מרובים Multibody Dynamics, ואופטימיזציה.

הנדסה ביו רפואית - מהי ולמה היא כל כך חשובה ומשמעותית לחיים של כולנו
הנדסה ביו רפואית הינה תחום רחב ידיים המאגד בתוכו דיסציפלינות רבות כגון פיזיקה, ביולוגיה, מתמטיקה, אלקטרוניקה, הנדסה ועוד. מטרתה העיקרית של הנדסה ביו רפואית יצירת פתרונות לבעיות רבות מתחום הרפואה, בעזרת תכנון ופיתוח של מכשור רפואי, ומחקר של תופעות וסוגיות מהרפואה וממדעי החיים, לרווחתו ולתועלתו של המין האנושי.

ניסוי וטעייה בפיתוח מוצרים - מתומאס אדיסון ועד לזמנים המודרניים של היום
כולנו מכירים את תומאס אדיסון, הממציא האמריקאי הדגול שחי במחצית השניה של המאה ה- 19 ובשליש הראשון של המאה ה- 20. אדיסון נחשב באותו זמן לממציא הגדול ביותר בעולם והביא לקהל הרחב מספר רב מאוד של המצאות, פטנטים ושכלולים, המוכרים שבהם נורת הליבון החשמלית, הטלגרף ועוד המצאות רבות, חלקן שכלולים של המצאות קיימות, ושיא ברישום פטנטים של מעל לאלף הרשומים על שמו.

מרעיון ועד לשיווק: סימולציה מצמצמת את אי הוודאות בחדשנות מוצר
בתעשיית האלקטרוניקה של ימינו, חדשנות היא דבר הכרחי לטובת השגת צמיחה, כאשר זמן קצר בין שלב הרעיון על המוצר ועד להגעה לשלב שיווק המוצר בשוק - זהו המפתח להשגת ערך מקסימאלי. הטיעון כי הישגים עצומים אפשריים ע"י שיפור תהליכי קבלת ההחלטות בשלב מוקדם של המו"פ, ללא ספק נשמע ע"י רבים.

CAD - תכנון וייצור בעזרת מחשב – הטכנולוגיה מאחורי השיטה - כתבה חמישית בסדרה
26/03/15 | תוכנה
בארבע כתבות הספקנו להכיר את שיטת התכנון והייצור בעזרת מחשב, למדנו מי עושה בה שימוש ואילו שימושים נרחבים קיימים בעזרתה. בכתבה האחרונה בסדרה נבין מהי הטכנולוגיה העומדת מאחורי השיטה.

CAD - תכנון וייצור בעזרת מחשב - סוגים שונים של תוכנות - כתבה רביעית בסדרה
26/03/15 | תוכנה
בשלושת הכתבות הקודמות למדנו מהי טכנולוגיית תכנון וייצור בעזרת מחשב, סקרנו את המשתמשים בשיטה ומהם השימושים הרבים שנעשים בה ברחבי העולם. בכתבה רביעית זו נצלול יותר פנימה ונציג את סוגי ה- CAD הקיימים ומי עשוי למצוא שימוש בכל אחד מהם.
     
 
שיווק באינטרנט על ידי WSI