NVIDIA のチーフサイエンティストが、低コストでオープンソースの人工呼吸器設計を公開

by Brian Caulfield · May 8, 2020

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先日、NVIDIA のチーフサイエンティストであるビルダリー (Bill Dally) が、低コストで簡単に組み立てられる人工呼吸器のオープンソース設計を公開しました。

この人工呼吸器はほんの数週間で設計され、半導体やスーパーコンピューターへの重要な貢献をはじめテクノロジ分野で名高いキャリアを持つダリーによれば、既製の部品を使ってわずか 400 ドル (約 4 万 3,000 円) で手早く作れます。

これに比べると、従来の人工呼吸器は 2 万ドル (約 214 万円) 以上かかることもあります。しかも、それはこの救命機器に対する世界の需要が激増する前の価格です。

「人工呼吸器が底をつくほど多くの人が病気にかかるような事態にならないよう願っています」
オシロスコープや電圧計、他の実験装置を備えた自宅の簡易的な電子工学作業室から、ダリーはこのように語ります。

「ただ、もしもそうなったときのために、このようなものを確実に用意しておきたいのです」

人工呼吸器と新型コロナウイルス

ご承知のとおり、人工呼吸器は、世界を襲う医療危機に対処するため世界中で緊急に必要とされています。

NVIDIA のチーフサイエンティストであるビルダリーによる、低コストで簡単に組み立てられる人工呼吸器のオープンソース設計をご覧ください。

COVID-19 に感染した患者の 0.3% から 0.6% が、人工呼吸器を必要とするほどの深刻な急性呼吸窮迫症候群 (呼吸不全の一種) にかかる、とダリーは説明します。

ダリーの狙いは、「シンプルを極めた」人工呼吸器を作ることでした。

彼の人工呼吸器は、たった 2 つの簡単に手に入る主要部品、つまり比例ソレノイドバルブと、バルブから患者へのガスの流れを調整するマイクロコントローラーを中核とします。

ダリーは 120 を超える特許を持っています。Caltech (カリフォルニア工科大学) と MIT (マサチューセッツ工科大学) で教育および研究の職に就き、スタンフォード大学ではコンピューターサイエンス学部長を務めました。

2009 年からは NVIDIA の研究チームを率いており、これには、AI、コンピュータービジョン、自動運転車、ロボティクス、グラフィックスなどの分野に取り組む世界中のサイエンティスト 200 人以上が参加しています。

NVIDIA の CEO であるジェンスンフアン (Jensen Huang) が社内のリーダーに COVID-19 のパンデミックに対する支援策を探るよう呼びかけたのを受け、ダリーはどのように貢献できるか探究を始めました。

ダリーはすぐに、テクノロジと医療分野のリーダーたちに電話やビデオ会議で連絡を取りました。

NVIDIA の CEO: 「うまく動いている!」

そして 4 月の初め、自宅退避をしていたタホ湖で、冷たく澄んだ水の上をカヤックしているときにインスピレーションが訪れました。

ダリーはオンラインで、ソレノイドバルブ (バルブの開け閉めに電磁石を使用するもの) を注文しました。

次いで、自宅のワインセラー用に作った自家製冷却システムからマイクロコントローラー (安価で、必要最低限の機能だけを備えたコンピューター) を引き抜きました。

数日間、自宅の電子工学作業室に遅くまでこもり、数千行のコードを一気に書き上げると、一般的なパイプ継手と簡単に手に入る数個のバルブで作られた実動プロトタイプができあがりました。

ダリーはこの装置がゴム手袋をゆっくりと膨張させたり収縮させたりする様子をガレージで妻に撮影してもらい、4 月 4 日にその動画を NVIDIA の同僚に見せました。

「うまく動いている!」フアンは思わず声を上げました。

自宅の作業室で人工呼吸器の最初のプロトタイプを作る NVIDIA チーフサイエンティストのビルダリー

専門家の助言を集める

プロジェクトを引き続き進展させるために、ダリーは幅広い分野にわたる知人の専門知識を借りました。

主要部品の機械工学については、かつての教え子で、自動運転車やロボティクスの研究で知られるポールカープラス (Paul Karplus) 氏に助言を求めました。

また、医学部 4 年生のエマトラン (Emma Tran) 氏には、医療分野の多くの人脈との連絡役を依頼しました。

スタンフォード大学医学部のチーフレジデントであるアンドリュームーア (Andrew Moore) 博士、医療機器の著名な専門家で 2 つの企業の創業者であるブライアントリン (Bryant Lin) 博士、麻酔科医のルースファニング (Ruth Fanning) 博士からも意見をもらい、ダリーは素早くそれを取り入れました。

人工呼吸器の性能のテストについては、没入型シミュレーション学習の第一人者であるデイビッドガバ (David Gaba) 博士に依頼しました。

4 月 17 日金曜日、ガバ博士は精巧な肺シミュレーターでプロトタイプをテストしました。テストは、COVID-19 による肺疾患を起こした 2 つの段階の肺と正常な肺を模し、人工呼吸器をさまざまな設定にして行われました。

プロトタイプは期待どおりにうまく動いたとダリーは報告しています。

低コストで簡単に組み立てられる人工呼吸器のオープンソース設計について、詳しくは NVIDIA のチーフサイエンティストであるビルダリーの論文をお読みください。