Varun Mani ist stellvertretender Leiter der Forschungsabteilung für die Augmented Reality-Software von PTC. Hätte man ihm vor einem Monat die Frage nach seinen wichtigsten Arbeitsmitteln gestellt, wäre sein Auto kaum darunter gewesen. Jetzt aber verbringt er seine Abende damit, im Großraum Boston Kurierdienste der besonderen Art zu leisten. Denn nach dem Arbeitstag beginnt Manis zweite Schicht: Er liefert experimentelle Atemschutzmasken an Ärzte und Krankenhäuser aus. Die medizinischen Fachleute sollen testen, was die improvisierte Ausrüstung kann.

Die Lieferungen erfolgen im Auftrag von MasksOn, einem vier Wochen jungen gemeinnützigen Projekt, das sich der Bekämpfung des akuten Mangels an persönlicher Schutzausrüstung für medizinisches Personal in Boston und den USA verschrieben hat.

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Die Idee von MasksOn: Die Entwicklung und Fertigung eines langlebigen, wiederverwendbaren und desinfizierbaren Atemschutzes aus Vollgesichtsmasken, wie sie beim Schnorcheln verwendet werden. So soll eine ausreichende Zahl von Schutzmasken für medizinische Fachkräfte bereitgestellt werden, die in direkten Kontakt mit Covid-19-Erkrankten kommen und damit das höchste Risiko tragen, sich selbst zu infizieren.

Aus anfänglicher Skepsis wurde Begeisterung

Die Schnorchelmasken werden dabei mit Hilfe eines speziell entwickelten Adapters mit einem für die Verwendung im klinischen Bereich zugelassenen Filter verbunden. Diese Adapter kommen aktuell aus dem 3D-Drucker, sollen aber künftig im Spritzgussverfahren gefertigt werden. »Am Anfang war ich sehr skeptisch«, sagt Mani. Bei einer seiner Kurierfahrten fragt er deshalb einen Arzt, dem er eine Lieferung Masken übergibt: »Bringt das überhaupt etwas?« Er antwortete: »Sie haben keine Ahnung, wie wichtig das für uns ist«.. Ohne die Initiative, ergänzt er, würden dem Krankenhaus bereits eine Woche später die Schutzmasken ausgehen. Ab da ist Mani Feuer und Flamme für das Projekt. »Nichts gegen meinen Job, aber ab 17 Uhr tue ich jetzt etwas, das Leben rettet«, beschreibt er das Gefühl, zur Bekämpfung der Pandemie beizutragen. Weitere Ärzte bestätigen die positive Rückmeldung.

Improvisiertes Gerät bei Engpässen auch ohne formale Zulassung erlaubt

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Hunderte der Masken werden aktuell in Krankenhäusern in und um Boston sowie New York getestet. Unterstützung und zusätzlicher Input kommen von Einrichtungen der renommiertesten Hochschulen des Landes wie Columbia, Harvard, Yale, MIT, Princeton, Rice, Tufts, der University of California in Berkeley und San Francisco und der University of Texas in Dallas. Normalerweise dauert es Monate, bis neues medizinisches Gerät von der zuständigen US-Behörde FDA zugelassen wird. Die MasksOn-Prototypen sind daher nur als “Backup” für den Notfall gedacht. Sie entsprechen jedoch den unlängst im Zug der Bekämpfung von Covid-19 eingeführten FDA-Richtlinien, die die Verwendung von nicht von ihr genehmigten, experimentellen Ausrüstungsgegenständen erlauben.

Rekordschnelle Umsetzung

Die Idee, eine Schnorchelmaske für den medizinischen Gebrauch “umzurüsten”, stammt von Dr. Jackie Boehme und Dr. Alex Stone, die beide am Bostoner Brigham and Women‘s Hospital tätig sind. Laut MasksOn kam Stone der Gedanke beim Schnorcheln auf Hawaii. Die beiden Ärzte wandten sich später an Eugene Mann, Produktmanager bei Google, um das Konzept zu verfolgen. Mitte März – als die Krise sich täglich verschärfte – begannen sie, online bei Universitäten, Krankenhäusern und Technologieunternehmen der Region Freiwillige zu rekrutieren. Von der Idee bis zur Ausführung könnte MasksOn das am schnellsten umgesetzte Startup-Projekt aller Zeiten sein. Das unmittelbare Ziel: In den nächsten drei bis zwölf Wochen sollen 50.000 der Masken hergestellt und ausgeliefert werden. Sie gehen vor allem an Anästhesisten, die Beatmungsgeräte bedienen, Chirurgen, die Covid-19-Patienten operieren, und alle anderen, die in direkten Kontakt mit dem Virus kommen.

Die Büroräume von PTC sind jetzt ein Labor für Prototypen. Die Entwicklung der Masken sowie die Anfertigung von Prototypen fand im obersten Stockwerk der PTC-Firmenzentrale in Boston statt, wo Adapter-Prototypen, Werkzeuge und andere passgenaue Komponenten in 3D gedruckt wurden.

»Wir haben praktisch die gesamte 17. Etage in Tony Starks Labor verwandelt«, sagt Bradley Sauln, Senior Technical Services Engineer für die Produktentwicklungs-Plattform Onshape bei PTC in Anspielung auf den genialen Erfinder aus den Iron Man-Filmen. »Ein Teil des Gebäudes wird ausschließlich für die Entwicklung der Prototypen und das Testen der Adapter auf ihre Passgenauigkeit genutzt. Zusätzlich haben wir zwei Montagelinien für die Fertigung der Prototypen eingerichtet«.

Rund um die Uhr im Einsatz

Laut Tim Andrews, Ingenieur für die Qualitätssicherung von Onshape, gelang es den Freiwilligen-Teams, alle 45 Sekunden eine Maske zusammenzusetzen. Das sind etwa 80 Masken pro Stunde und Fertigungslinie. Das kurzfristige Ziel von 1.000 Masken pro Tag ist damit machbar. Andrews arbeitet wie viele seiner Kollegen ehrenamtlich an dem Projekt. “Ich bin wirklich beeindruckt von diesem Team“, sagt er. “Einige Onshape-Teammitglieder wie Jason Gainor und Jake Ramsley arbeiten rund um die Uhr und schlafen sogar im Büro. Und dabei erfüllen sie auch ihre regulären Arbeitsaufgaben”.

Ramsley und Gainor arbeiten gemeinsam mit mehr als einem Dutzend Ingenieure an den CAD-Modellen für die jeweiligen Adapter. Weil MasksOn verpflichtet ist, die Schnorchelmasken von verschiedenen Herstellern zu beziehen, wird für jedes Modell ein spezifischer Adapter benötigt. Bei deren Entwicklung spielen die kollaborativen Funktionen von Onshape eine große Rolle.

Mit ihrer Hilfe können mehrere Ingenieure gleichzeitig online am gleichen CAD-Modell arbeiten und dabei das Modifikationen und Rückmeldungen der anderen in Echtzeit sehen. Normalerweise dient das der Zusammenarbeit von virtuellen Teams, doch nun arbeiten selbst Kollegen am selben Standort aufgrund der Abstandsregeln in verschiedenen Räumen.

Agiler Entwicklungsprozess

»So können wir auch problemlos Modelle mit den Herstellern von Schnorchelmasken austauschen, egal, wo diese ansässig sind«, erklärt Sauln. »Ohne diese Technologie wären wir nie so schnell vorangekommen«. Wie bei jedem zeitgemäßen Produktentwicklungsprozess wertet das Team laufend die Rückmeldungen von Nutzern aus, um die Masken zu verbessern. Ein häufiger Kritikpunkt ist bislang, dass sie zwar ihre Funktion erfüllen, jedoch auch Geräusche dämpfen und damit die Kommunikation mit Patienten erschweren. Das MasksOn-Team experimentiert deshalb auch mit dem Einbau von Mikrofonen und Lautsprechern.

Mit Staubsaugerfiltern gegen Corona

Da es rund um die Welt aufgrund der Pandemiebekämpfung zu Unterbrechungen in Betriebsabläufen und Lieferketten kommen kann, kalkuliert das MasksOn-Team auch die Möglichkeit ein, dass Komponenten plötzlich nicht mehr verfügbar sind – und entwickelt Backup-Lösungen.

Der Grundgedanke ist dabei, Lieferausfälle oder -verzögerungen für alle Komponenten einzuplanen und jedes einzelne Bauteil durch ein anderes ersetzen zu können. So hat das Team für den Fall von Engpässen in der Verfügbarkeit der im medizinischen Bereich üblichen Filter die Eignung von Staubsaugerfiltern als Ersatz getestet.

Eine Studie an der Universität Cambridge während des Schweinegrippe-Ausbruchs ergab, dass Staubsaugerbeutel im Vergleich zu anderen haushaltsüblichen Materialien wie z.B. Baumwolle am effektivsten Partikel in Virus-Größe filtern.

Bostons Tech-Gemeinschaft zieht an einem Strang

An dem Projekt arbeiten aktuelle und ehemalige Mitarbeiter der beteiligten Partnerfirmen, Hochschulabsolventen und sogar Konkurrenten. Unternehmen wie Alphabet, Bolt, Dragon Innovation, E14 Fund, Fortify, Fikst, Formlabs, Google, Kyruus, Markforged, Origin.io, Ox, Prodct, PTC, Scenic Advisement, Sikorsky, Tulip, Verily, Voodoo Manufacturing und Wilson Sonsini beteiligen sich mit Waren, Dienstleistungen, finanzieller Unterstützung oder dem Know-how ihrer Fachkräfte. Auch Einzelpersonen, wie z.B. Studierende oder Alumni der medizinischen Fakultäten der Region, engagieren sich ehrenamtlich. »Ich war am Olin College und habe im Rahmen von MasksOn weitere Olin-Absolventen getroffen«, sagt Varun Mani. »Ein erfreulicher Nebeneffekt ist, dass ich auch einige meiner Mitarbeiter viel besser kennen gelernt habe«, fügt er hinzu. »Das Onshape-Team ist erst im Januar nach der Übernahme durch PTC hier eingezogen. Wir waren alle noch dabei, miteinander warm zu werden. Das ist jetzt ganz anders. Sogar einige ehemalige Onshape-Leute sind zurück an Bord gekommen, um zu helfen«.

„Ein Startup, bei dem wir jeden Tag um drei Monate voranschreiten“

Sara Remsen, stellvertretende Leiterin des Bereichs Product Experience für Vuforia bei PTC, verbringt ihre Abende mit der Erstellung von Online-Anleitungen und umfassenden Dokumentationen für medizinisches Personal, das die Masken verwendet. Es sei kaum vorstellbar, dass die Organisation erst wenige Wochen alt ist, so Remsen. »Was mich am meisten fasziniert ist, was eine engagierte, fachlich versierte und hoch motivierte Gruppe Menschen in so kurzer Zeit erreichen kann«, sagt sie. »Wir sind ein Startup, das jeden Tag um drei Monate voranschreitet«, fügt Onshape-Ingenieur Sauln hinzu. »Wir sind keine Ärzte. Wir arbeiten nicht im Krankenhaus. Wir können nicht so viel tun wie sie. Aber wir können und wollen sie unterstützen, denn sie kämpfen in vorderster Front gegen Covid-19«.

Erfolgreiches Crowdfunding

Das Projekt soll zunächst die Nachfrage in Boston bedienen. Eine Ausweitung auf New York, San Francisco, Seattle, die Region Dallas/Fort Worth und andere Städte ist geplant. Laut Kalkulation kosten Bau und Versand einer Maske 55 Dollar. Die Herstellung von mindestens 50.000 wiederverwendbaren Masken – die ihren Trägern wiederum mindestens eine Million „geschützter” Arbeitstage ermöglichen – kostet also 2,75 Millionen Dollar. Eine erfolgreiche Crowdfunding-Kampagne auf der Plattform GoFundMe hat davon bereits 1,7 Millionen Dollar eingebracht. Dort listet MasksOn-Mitarbeiter Christian Lewis am 6. April die Fortschritte auf. An diesem Tag hatte MasksOn 20.000 Schnorchelmasken bestellt und erhalten, die nun angepasst und an Krankenhäuser im ganzen Land ausgeliefert werden. Sicherheits-, Desinfektions-, Haltbarkeits- und Passformtests werden laufend durchgeführt, um Funktionalität und Sicherheit weiter zu verbessern. MasksOn erwarb zudem Spritzgusstechnologie, um Tausende von Masken pro Tag herstellen zu können, und etablierte eine Kooperation mit einem ISO- und ITAR-zertifizierten Lager und Montagewerk vor Ort, damit Masken sicher und schnell an ihre Empfänger versendet werden können. von Darren Garnick, Director Onshape, PTC

Wenn Sie MasksOn finanziell unterstützen möchten, besuchen Sie die GoFundMe-Seite des Projekts. Wenn Sie sich als Unternehmen oder Einzelperson ehrenamtlich beteiligen wollen, füllen Sie bitte das Kontaktformular aus.