宾西法尼亚州立大学的研究小组开发了试验场保护装置的原型

大学公园,爸爸。一个由Stuckeman学院和宾夕法尼亚州立大学工程学院的教职工、研究生和工作人员组成的团队共同设计并建造了一个“手套箱护理亭”的原型机，该原型机有可能被在covid19医疗服务中心工作的医护人员使用。

据充分记录，全国各地出现的19例脊髓灰质炎病例激增，导致在大流行第一线的医疗专业人员的个人防护装备出现前所未有的短缺。宾夕法尼亚州立大学已经通过全校范围内的COVID-19 (MASC)生产和灭菌计划来解决短缺问题。

Stuckeman设计中心的研究人员计算(SCDC)艺术与建筑学院和学校的工程设计、技术和专业项目(SEDTAPP)建筑原型所倡议的一个护理展台,目的是使保健员工安全工作得来速COVID-19测试网站收集样本可能感染了冠状病毒的病人。这个被命名为“门诊健康检查屏障”(booth)的摊位，也可以消除对个人防护装备的需求，如面罩、手套和防护服，因为它在医护人员和病人之间提供了一个高度保护的屏障。它还有一个内置的消毒系统。

Jose Duarte, SCDC的主任和设计创新的Stuckeman主席，担任多学科团队的领导，并说波士顿布里格姆和妇女医院的医生开发了一个类似的测试摊位作为参考。最初的方案是由建筑学博士生Naveen Muthumanickam设计的，并得到了建筑系的两名教员Felecia Davis和Marcus Shaffer的帮助;Jamie Heilman, Stuckeman学校数字制造和专业技术协调员;和杜阿尔特。

“我们的想法是设计和建造一个放大版的手套箱，工程师和科学家们称之为‘可逆手套箱或隔离手套箱’，”Muthumanickam解释说。“我们的版本需要容纳一名护士，她站在一个隔间里，使用可逆手套收集隔间外病人的鼻拭子，从而防止病毒通过接触传播。”

许多重要的因素推动了摊位的设计，包括适合，高度和间距的手臂洞和需要的病人留在新鲜空气。谢弗说，建筑师们参考了一本关于人的因素的书，名为《衡量人》(Measure of Man)，这是建筑学教师经常向学生提及的资源。该团队还依赖于马修·帕金森(Matthew Parkinson)的人体工程学专业知识，他是学习工厂的主管，也是工程设计和机械工程的教授。

“人体测量的信息,选择正确的数据和知识的方式使用这些信息通过一些假设的身体会占据和使用测试展台整体设计很重要,”戴维斯说,谁是计算纺织实验室主任SCDC (SOFTLAB)。

该团队还决定，完全密封展位，并在每次测试后安装一个自动消毒手套的设备，这是必须具备的功能，不属于参考展位的一部分。

“我们都希望安全，我们每个人都有道德义务在任何可能的时候为这一共同目标做出贡献。”

– Jose Duarte, Stuckeman设计计算中心的组长和主任

Shaffer和Heilman在制造和装配方面都有丰富的经验，能够在材料选择、便携性和成本方面为Muthumanickam的设计提供参考。

“总的来说，我的职责是帮助学生和教师学会使用我们学校的设计和制造工具，把他们的项目从想法变成实物，”Heilman说。“展位项目是一个激动人心的变化，因为这一次我将参与整个过程，从设计会议到制作成品原型。事实上，我们正在大学、国家和世界范围内进行大规模的努力，这使得这项工作更加令人满意。”

车架的标准部件——包括轻质铝、螺栓、填充丙烯酸和胶合板——从网上供应商订购，然后运到谢弗的家里，他在那里开始工作。

谢弗说:“设计的很大一部分是采用‘现成’材料的概念——硬件和零部件。”“我们不能把时间花在用原材料制造零件上。”

另一个需要考虑的因素是对展台进行消毒的能力，这意味着使用铝、不锈钢、塑料和油漆等材料，这些材料经过消毒后不会影响到展台的结构。

谢弗利用他车库里的工具和工作空间，为这个高7英尺、宽4英尺、深4英尺的试验站建造了结构框架和地板。

谢弗组装展台的时候，增材料制造与设计专业的研究生内特·沃森(Nate Watson)在SEDTAPP负责人、工程设计、电气工程和航空航天工程教授斯文·比伦(Sven Bilen)的远程指导下，为展台搭建了机械系统。沃森能够在网上找到所有的部件，只需要最少的定制制造，然后把它们运回家。

沃森解释说:“消毒装置通过一个泵将来自水库的消毒液输送到四个雾化喷嘴，雾化喷嘴安装在一个塑料收集容器的角落里。”“喷嘴可以向手套上喷洒薄而完整的保护层，以杀死任何可能在展台使用者之间传播的病毒。展台服务员可以用位于展台内的脚踏板启动或关闭抽气泵。”

由于团队决定为了给医护人员提供最大程度的保护，展位需要完全密封，沃森还设计了该系统来调节室内空气质量和温度。

“缺乏我们常用的工具和原型设施可能是最具挑战性的障碍，要克服，”比伦说。“此外，设计通常是一个相当社会化的过程——包括一起构建物理原型——但在这里，我们必须认识到社会距离准则。”

当框架和电气系统完成后，谢弗和沃森摇摇晃晃地把各自的部分丢到一个中央收集点，海尔曼在那里完成了整个结构。

根据Muthumanickam的说法，以一种模块化的方式设计展位，通过不同的人远程操作，需要最高的精度。

他说:“最具挑战性的部分是如何在多个远程工作人员之间协调如此高精度的施工和制造细节。”他说:“即使是一个很小的错误，比如订购了错误的零件或犯了一个简单的装配错误，也可能需要比平时更长的时间来纠正。汤姆·沃尔夫(Tom Wolf)的‘宅男’命令和偏远的工作条件。”

该团队的设计会议依赖于Skype、微软团队和Zoom，而文件和信息交换则依赖于Box等云存储。高级的远程协作功能，例如注释参与者的屏幕和能够远程控制参与者的屏幕，允许团队在评审会议期间交互地修改设计。

虽然他错过了与团队进行迭代工作的交互，但是Watson认为自己是幸运的，能够成为这个独特的团队工作的一部分。

“整个项目非常鼓舞人心，因为我们知道，我们正在创造一些东西，可以帮助那些在前线为我们的安全而战的人，”沃森说。

一旦原型被测试，团队将能够进一步调整设计。

“我们将能够看到护士是否应该坐着或站着，手臂是否摆放得舒适……以及护士在做测试之间有多少时间来确定他们的手臂位置，”戴维斯说。

杜阿尔特说，他觉得作为一名研究人员和社区成员，有必要领导这个项目。

杜阿尔特说:“我们都希望安全，只要有可能，我们每个人都有道德义务为这一共同目标做出贡献。”“对我们大多数人来说，这只是意味着遵守社交距离准则;然而，作为宾夕法尼亚州立大学的研究主任，这也意味着实现大学的社区拓展目标，所以当有机会提供帮助时，我立刻准备好迎接挑战。”

谢弗也在家里用3D打印面罩，他呼应了杜阿尔特的想法，并扩展了自己的立场。

“对我们许多人来说……为处于人道主义危机中的人们设计和建造房屋是我们的兴趣所在。”他说。“我们身处稀缺和需要的建筑环境中——通过我们的教学，通过我们提供建议的研究生，通过我们自己的研究——但它总是与我们保持一定的距离，因为我们在这里，在宾夕法尼亚州中部的一个校园里。但是今天，我们也是那样的人口，我们也处在那样的环境中;幸运的是，我们可以通过长期积累的知识和行动做出回应。”

“我们是”的精神可能比以往任何时候都更重要，各地的宾州州立大学正在以新的、令人惊叹的方式走到一起。在这个充满挑战的时代，我们的社区继续通过合作、体贴和善良的行为来实现宾州州立大学追求卓越的承诺。正如美国总统埃里克•巴伦(Eric Barron)在《深入挖掘》(Digging deep)一书中所写的，这确实是一个“我们存在”的时刻，我们希望听到你们的“我们存在”故事。

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