James Dyson Award 2021: стали известны три победителя с изобретениями, которые сделают мир лучше

«Мне нравится видеть, с каким энтузиазмом молодые люди решают мировые проблемы, используя эффективные дизайнерские, инженерные и научные решения. В этом году мы получили настолько многообещающие заявки, что присудили три премии, добавив отдельную номинацию для медицинских изобретений. Довести идею до коммерческой реализации очень трудно. Надеюсь, информационная и финансовая поддержка, которую даёт премия, станет для этих проектов трамплином к успеху».

Проблема

В этом году международным победителем James Dyson Award стал проект, идея которого появилась после диагноза «глаукома» у отца Келу, вошедшей в команду изобретателей HOPES. Видя его трудное положение и частые визиты в больницу, она поняла, что существует потребность в менее инвазивном и более доступном методе мониторинга внутриглазного давления (ВГД).

Глаукома — вторая по частоте причина слепоты в мире. В 2020 году около 80 млн человек страдали глаукомой, и ожидается, что к 2040 году их число превысит 111 млн. В России число больных глаукомой составляет более 1,3 млн человек. Число впервые выявляемых пациентов увеличивается на 3-4% каждый год. По данным Министерства здравоохранения РФ, за 5 лет (2013-2018 гг.) в России увеличилось количество случаев заболевания глаукомой на 10,5%. Поскольку это заболевание протекает почти без симптомов, его также называют «тихим похитителем зрения». От него нет лекарства, но при ранней диагностике и начале лечения слепоту можно предотвратить.

В наше время регулярный мониторинг ВГД — критически важный инструмент, помогающий лечащим врачам составлять долгосрочные планы терапии и определять её целевые показатели. Эта процедура выполняется по технологии аппланационной тонометрии по Гольдману, которая считается золотым стандартом измерения ВГД. Однако существует потребность в безопасных, точных и недорогих домашних устройствах для измерения ВГД, которые сделают процедуру более удобной для пациентов.

Решение

HOPES (расшифровывается как Home eye Pressure E-skin Sensor — домашний датчик глазного давления на базе электронной кожи) — носимое биомедицинское устройство для безболезненной недорогой проверки ВГД в домашних условиях. HOPES использует в работе запатентованный датчик и искусственный интеллект, представляя собой удобное решение для частого самостоятельного мониторинга ВГД.

После создания профиля в специальном приложении пользователю достаточно надеть перчатку HOPES и прижать к центру века сенсор, расположенный на кончике пальца. Благодаря своей уникальной архитектуре датчик определяет динамическое давление глаза с субмиллисекундной точностью. Алгоритмы машинного обучения обрабатывают данные измерений, и система со стабильно высокой точностью рассчитывает ВГД пользователя.

Результаты передаются по Bluetooth на синхронизированные устройства или загружаются в облако, чтобы к ним мог получить удалённый доступ лечащий врач. Пользователь может открыть в приложении наглядную историю измерений и прямые ссылки на организации здравоохранения, чтобы при необходимости обратиться за медицинской помощью, которая сведёт к минимуму будущие симптомы.

«Я знаю на собственном опыте, насколько инвазивными и неприятными могут быть тестирования на глаукому, но всё же они жизненно необходимы. Эта группа молодых людей занялась проблемой, которая не затрагивает их напрямую, но влияет на жизни их членов семьи. Разработки этих изобретателей могут сделать тестирование на глаукому гораздо более доступным. Я желаю им всяческих успехов на непростом пути дальнейшего развития проекта и оформления медицинских разрешений», — сказал сэр Джеймс Дайсон, основатель и главный инженер компании Dyson.

Следующие шаги

Команда планирует наладить сотрудничество с лечащими врачами из Национальной университетской больницы для сбора и анализа данных о внутриглазном давлении пациентов. Это позволит настроить модель машинного обучения, используемую в устройстве. Также изобретатели работают над оптимизацией производительности и улучшением дизайна HOPES.

Команда прокомментировала свою победу на международном этапе James Dyson Award: «Мы были в восторге, когда услышали от сэра Джеймса Дайсона, что стали международными победителями James Dyson Award в этом году. Для нас всё началось с Келу и её стремления создать решение для отца после проблемы, с которой столкнулась её семья. Мы надеемся, что благодаря этой победе люди смогут в будущем измерять внутриглазное давление безболезненно, в домашней обстановке. Мы хотим повысить качество жизни человека и надеемся однажды применить разработанные в нашей исследовательской группе датчики в самых разнообразных средствах мониторинга здоровья, таких как роботы и биомедицинские устройства».

Факты и статистика

Проблема

91% пластика в мире не перерабатывается. Каждый год человечество производит более двух млрд тонн отходов, в том числе 300 млн тонн пластика, бо́льшая часть которого попадает на свалки и в океан. Ежегодно россияне выбрасывают 70 млн тонн бытового мусора.

Свалки вызывают серьёзные экологические проблемы, а также представляют угрозу для здоровья местных жителей. Также сообщается, что сейчас в океане находится 5,25 трлн макро- и микрочастиц пластика, разрушающих естественную среду обитания животных и попадающих в пищевые цепочки. Каждый день к ним добавляется ещё около 8 млн. В России, например, ученые обнаружили в пресной воде озера Байкал от 19 до 75 тыс частиц микропластика на один квадратный километр.

Степень вовлечённости людей в переработку отходов различается в разных регионах, поэтому требуется запускать разнообразные инициативы, которые помогут более широко распространить, упростить этот процесс и сделать его доступным для всех.

Решение

В этом году победителем в области устойчивого развития стал Plastic Scanner, изобретение Ерри де Воса, выпускника факультета промышленного и товарного дизайна из Нидерландов. Это портативное устройство достаточно поднести к пластику, и оно сообщит, из каких материалов он сделан, распознавая их с помощью инфракрасного света.

Ерри - член организации Precious Plastic, которая стремится сократить количество пластиковых отходов. Во время работы в ней он увидел своими глазами негативные последствия загрязнения пластиком и заметил, какие трудности возникают, если пластик не распознаётся и не сортируется в процессе переработки. По всему миру основная часть этого процесса выполняется вручную, что отнимает много времени и повышает риск ошибок. Ерри заметил, что крупные предприятия в Нидерландах успешно применяют отражённый инфракрасный свет для облегчения сортировки. Этот жизненно важный этап помогает обеспечить правильную переработку пластика. Изобретатель поставил перед собой задачу сделать эту технологию доступной для каждого человека во всём мире, чтобы повысить эффективность переработки.

Plastic Scanner использует для распознавания видов пластика импульсное инфракрасное излучение — новую недорогую альтернативу традиционной технологии инфракрасной спектроскопии. Это полностью открытое аппаратное обеспечение: любой желающий может собрать коммутационную печатную плату устройства и встроить в его компактный корпус необходимые электронные компоненты. Формат открытого доступа к документации обеспечит приток улучшений и отзывов экспертов, поэтому изобретение будет непрерывно совершенствоваться по мере роста числа сторонников переработки отходов в мире.

Ерри выяснил, что бо́льшая часть пластика, попадающего в океан, поступает из стран с низким и средним уровнем доходов. Изобретатель ставит перед собой задачу поддержать в этих странах инициативы по переработке отходов, создав недорогой и простой в применении сканер Plastic Scanner. В процессе проектирования устройства Ерри опрашивал людей, занимающихся переработкой пластика в Индии, Индонезии, Кении и на Кюрасао, чтобы убедиться, что модель подходит конечным пользователям.

«Пусть сейчас и модно демонизировать пластик, но это прочный универсальный материал, который играет в нашей жизни важную роль. Конечно, существует проблема, как обеспечить его повторное использование и эффективную переработку, чтобы он не попадал на свалки. Довольно сложно понять, как правильно перерабатывать разные виды пластика, но Ерри создал очень эффективную технологию, которая помогла бы каждому разобраться в этом вопросе. Ерри сосредоточил свои усилия на поддержке развивающихся стран. Когда я позвонил ему, чтобы сообщить новость о премии, он ездил по Алжиру, помогая местным сообществам разворачивать проекты по переработке отходов. Его работа вдохновляет, и я желаю ему успеха в развитии этой перспективной технологии», — сказал сэр Джеймс Дайсон, основатель и главный инженер компании Dyson.

Следующие шаги

Ерри собрал из друзей команду специалистов по встроенным системам и машинному обучению, которая помогла ему создавать новые прототипы и запускать пробное производство сканера как на промышленных площадках, так и в условиях ограниченных ресурсов. В долгосрочной перспективе Ерри стремится к тому, чтобы проект начал жить своей жизнью с появлением самодельных версий сканера и расширением открытой документации. Тогда новым участникам будет легче присоединяться к инициативе и вносить в неё свой вклад.

После разговора с Джеймсом Дайсоном Ерри сказал: «Когда Джеймс Дайсон лично сообщил мне, что я стал победителем в области устойчивого развития, я был ошеломлён, а потом задумался о значении этой победы и о возможностях, открывающихся благодаря премии. Цель проекта Plastic Scanner — создать простое устройство с открытой документацией, которое сможет распознавать наиболее распространённые виды пластика. Победа в конкурсе James Dyson Award ещё сильнее меня мотивировала. Она поможет ускорить разработку как электронных компонентов, так и программной части изобретения. Повышая качество проекта и удобство изготовления сканера, я надеюсь помочь каждому человеку правильно идентифицировать и сортировать пластиковые отходы, преодолевая одно из самых крупных препятствий на пути к их переработке во всём мире».

Факты и статистика

Проблема

Проблема нападений с ножом существует во многих странах. В прошлом году количество таких преступлений возросло почти на всех континентах, особенно в странах со строгими законами об огнестрельном оружии. Только лишь в Англии и Уэльсе было зарегистрировано около 46 тыс правонарушений с применением ножа или острого предмета, что стало самым высоким показателем за год с марта 2011 года.

Среднее время ожидания скорой помощи в России — около двадцати минут, в то время как человек может истечь кровью до смерти всего за пять минут.

Решение

Устройство REACT (расшифровывается как Rapid Emergency Actuating Tamponade — быстродействующая тампонада для экстренной помощи) призвано уменьшить катастрофическую потерю крови от ножевого ранения. В настоящее время при ножевых ранениях рекомендуется ни в коем случае не извлекать нож из раны, если он в ней остался. Это связано с тем, что оружие давит изнутри на раневой канал и заполняет его, предотвращая внутреннее кровотечение. В основе изобретения Джозефа лежит тот же принцип: при оказании первой помощи в раневой канал вводится надувная тампонада из имплантируемого медицинского силикона. К её клапану подключается привод, и пользователь указывает место ранения в интерфейсе устройства. При нажатии на рычаг привод запускает алгоритм автоматического надувания тампонады до определённого уровня в зависимости от расположения раны. Это помогает предотвратить потерю крови.

На ранних этапах исследований и разработок Джозеф отметил, что для предотвращения потери крови при колотых ранениях парамедики иногда используют тампонирование. Во время этой процедуры рану плотно набивают марлей, которая помогает создать внутреннее давление в раневом канале. По словам Джозефа, этот процесс может быть медленным, сложным и чрезвычайно болезненным для пострадавшего, но во многих случаях помогает быстро и эффективно останавливать кровотечения от ножевых ранений.

Тем не менее этот метод может не подойти для полостных ран, например проникающих в брюшную полость, которая чаще всего поражается при нападениях с ножом. Во время работы над прототипами своего изобретения Джозеф обнаружил, что система REACT благодаря простоте применения и автоматическому надуванию может быть более эффективной при оказании первой помощи, чем традиционные методы. Он утверждает, что на установку прототипа его тампонады и остановку кровотечения может уйти менее минуты, что, по оценкам Джозефа, поможет каждый год спасать сотни жизней.

«Такие изобретения, устраняющие проблемы, показывают, насколько сильно инженеры могут повлиять на решение серьёзных, глобальных задач. Именно эту цель я преследовал, когда учредил премию James Dyson Award. Разработка медицинского устройства — очень сложный процесс, сопряжённый с бесконечными препятствиями. И всё же я хочу призвать Джозефа не отказываться от этого начинания, ведь спасение жизней — потрясающая перспектива. Надеюсь, что благодаря премии это изобретение получит ту поддержку, в которой оно нуждается. Ведь оно способно многое изменить», — сказал сэр Джеймс Дайсон, основатель и главный инженер компании Dyson.

Следующие шаги

«У меня не хватает слов, чтобы выразить благодарность за эту международную награду в области медицинских инноваций. Нападения с ножом — ужасная глобальная проблема, которая ежегодно уносит жизни тысяч людей. В борьбе с ней система REACT может стать спасительным инструментом, но разработка медицинских устройств — долгий и сложный процесс. Признание и финансирование со стороны James Dyson Award придали мне больше решимости и уверенности в деле разработки и максимально оперативного внедрения системы REACT в практику оказания первой помощи», — сказал Джозеф, услышав от Джеймса Дайсона хорошие новости.

Благодаря победе на международном этапе премии James Dyson Award проект Джозефа получит дополнительное финансирование в размере 30 000 фунтов стерлингов (3 000 000 рублей). В ближайшие годы изобретатель планирует коммерциализировать свою разработку, вложив призовые деньги в дальнейшие исследования и официальные медицинские испытания, чтобы система REACT могла начать использоваться по всему миру для помощи при ножевых ранениях и, возможно, спасать жизни людей.

Факты и статистика