Vorentwurf eines intelligenten Desinfektions-Armbands im Kampf gegen Covid-19

Einleitung

Die meisten Menschen waschen sich die Hände als Maßnahme der Hygiene und der Krankheitsvorbeugung, und wegen der COVID-19-Pandemie tun sie dies heute besonders häufig. Dieses neue Virus wird über Atemtröpfchen von einer infizierten Person auf andere übertragen, mit denen sie engen Kontakt hat, etwa Menschen, die zusammenleben oder Pflege leisten. Das Virus kann auf verschiedenen Oberflächen überleben, aber die meisten Reinigungs- und Desinfektionsmittel können es zerstören.

Es ist wichtig, sich die Bedeutung einer wirksamen und zügigen Reinigung und Desinfektion der Hände, einschließlich der von den Händen berührten Gegenstände, zur Verhinderung der Ausbreitung ansteckender Krankheiten in Erinnerung zu rufen. Aus diesem Grund wurden Geräte und Systeme auf Grundlage verschiedener Methoden entwickelt, um Hände wie auch Gegenstände zu reinigen. Diese bislang entwickelten Reinigungsgeräte und -systeme erlauben es jedoch nicht, die Hände der Nutzer und die Gegenstände gleichzeitig und zeitgleich sicher, zuverlässig und wirksam zu reinigen und zu desinfizieren. Im Patent „US20090020135A1“ stellen die Erfinder ein Reinigungsgerät vor, in dem Gerät, Verfahren und Reinigungssystem vereint sind. Es beruht auf einem Gehäuse, das einen Sprüher und einen Produktspender enthält, die miteinander verbunden sind und miteinander kommunizieren. Im Patent „US8481970B2“ wird ein Desinfektionsgerät für tragbare elektronische Geräte vorgeschlagen. Dieses Gerät hat einen Hohlraum zur Aufnahme des zu desinfizierenden elektronischen Geräts. Dieser Hohlraum ist mit einem Deckel und einer UV-Quelle ausgestattet. In der geöffneten Stellung des Deckels kann das Gerät in den Hohlraum eingesetzt oder daraus entnommen werden. Die geschlossene Stellung des Deckels wird während der UV-Bestrahlungsphase verwendet. Diese Dekontaminationsgeräte und -systeme sind jedoch anfällig, weil der Nutzer die möglicherweise kontaminierten Außenteile dieser Sterilisationsinstrumente berühren kann und weil diese Systeme nicht tragbar oder vollständig autonom sind. Zu diesem Zweck wird ein Desinfektionsgerät vorgeschlagen.

Es bestand daher die Notwendigkeit, ein tragbares und leichtes Gerät zu entwerfen, das jedes Mal, wenn Nutzer Hände und/oder Gegenstände berühren, eine automatische, integrierte und autonome Reinigung und Desinfektion ermöglicht. Dies trägt dazu bei, die Ausbreitung von Krankheiten oder Pandemien zu verringern und zugleich sterile und saubere Gesundheitsumgebungen zu fördern. Das vorgeschlagene Konzept betrifft ein Gerät zur Reinigung und Desinfektion von Händen und von dem Nutzer berührten Gegenständen. Es besteht aus einem Armband, das am Handgelenk getragen werden kann, einer Ultraviolettquelle mit sehr großem Freiheitsgrad, um die gesamte zu desinfizierende Umgebung zu erfassen, in der die Berührung stattfindet, und schließlich wird dieses Armband mit einem System zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Bewegung der Hände des Trägers ausgestattet sein. Das Gerät wird mit einem elektronischen Steuerungssystem versehen, das vollständig in den UV-Strahlerkopf integriert ist, die Intensität der UV-Strahlung und die Dauer dieser Strahlungsabgabe auf die Hände des Nutzers erhöht oder verringert und zudem die Stromversorgung der UV-Lampe steuert. Zu erwähnen ist, dass das vorgeschlagene Konzept beim OMPIC (Office marocain de la propriété industrielle et commerciale, marokkanisches Amt für gewerbliches und kommerzielles Eigentum) als Patentanmeldung unter der folgenden Nummer registriert ist: MA49542 von Badre El Majid, Saad Motahhir, Aboubkar El Hmmoumi, Ambar Lebbadi und Abdelaziz El Ghzizal. Darüber hinaus wurde ein Forschungsbeitrag in der Zeitschrift Inventions veröffentlicht. Außerdem erhielt diese Erfindung eine Goldmedaille beim internationalen Wettbewerb „Inventions Vs Corona“, wie unten abgebildet:

Entwurfskonzept

Das Konzept des vorgeschlagenen Schemas ist in den Abbildungen 1, 2 und 3 dargestellt. Das Gerät ist ein System zur Desinfektion der Hände und der von ihnen berührten Gegenstände, wie in Abbildung 1 gezeigt, und besteht aus einem Armband, das um das Handgelenk der Hand des Nutzers gelegt wird. Es ist mit einem intelligenten elektronischen System ausgestattet, das UV-Strahlen direkt auf die Handfläche und auf den Gegenstand davor aussendet.

Das Armband besteht aus einer oder mehreren benachbarten Spulen, die einen Zylinder bilden, wobei jede Spule im Inneren hohl ist, damit sich die Magnetkugeln frei bewegen können; Solarzellen sind an der Außenseite dieser Spulen angeordnet. Der UV-Strahlerkopf besteht aus einer in eine Schale eingebetteten UV-Lampe, die Schale enthält eine elektronische Schaltung und eine Batterie, und an der Schale ist ein externer Stromanschluss angebracht.

Ausrichtung, Intensität und Belichtungszeit des UV-Strahlers sind einstellbar und werden vom intelligenten elektronischen System gesteuert, das die Aussendung der UV-Strahlung in jede Richtung erlaubt. Eine manuelle Steuerung und Ein-/Aus-Tasten werden ergänzt. Um die UV-Strahlung über die gesamte Hand des Nutzers zu verteilen und eine breite Streuung dieser Strahlen auf die Hände und jeden Gegenstand davor zu ermöglichen, entscheiden wir uns für eine ovale, nach außen gewölbte Öffnung, ähnlich einem Auge, vor der UV-Lampe.

Obwohl die Stromversorgung dieses Systems mit einer kleinen Batterie einfacher erscheint, ziehen wir es vor, dieses System von seinem Stromverbrauch unabhängig zu machen. Zu diesem Zweck schlagen wir in dieser Erfindung die folgenden Techniken der Stromversorgung vor:

• Nutzung der elektrischen Energie, die durch die Bewegung der Hände des Nutzers erzeugt wird; das Grundprinzip ist in Abbildung 2 dargestellt. Wenn sich nämlich eine im Inneren der Spule befindliche Magnetkugel durch die Bewegung der Hände bewegt (wenn der Nutzer die Hände reibt oder klatscht), wird in der Schaltung ein Induktionsstrom erzeugt, der dann einen Kondensator auflädt, welcher sich wiederum entlädt; diese elektrische Spannung versorgt den UV-Strahler, der sie als UV-Strahlung über die kleine UV-Lampe abgibt. Die Leistung lässt sich erhöhen, indem mehrere benachbarte Spulen angeordnet werden. Bei dieser Lösung wird die UV-Lampe direkt mit der erzeugten Energie versorgt.
• Ausstattung des Systems mit kleinen Solarzellen und einer Batterie zur Speicherung dieser Energie; das Verhalten ist mit kleinen Solarzellen dasselbe, wie in Abbildung 3 gezeigt.
• Ausstattung des Systems mit einem Anschluss zum Laden an einer Steckdose und einer Batterie zur Speicherung dieser Energie; das Verhalten ist dasselbe wie mit kleinen Solarzellen, wie in Abbildung 3 gezeigt.

Das UV-Abstrahlsystem wird so programmiert, dass es sich nach einer vorgegebenen Zeit automatisch abschaltet, um die Haut des Nutzers zu schützen und die Sicherheitsnormen einzuhalten. Bestimmte Wellenlängen des ultravioletten Lichts können Mikroorganismen wie Pilze und Viren inaktivieren, indem sie deren DNA oder RNA schädigen, sodass sie sich nicht mehr vermehren können.

Zusätzlich kann das Armband optional eine Uhr enthalten, um sein Design und seine Ergonomie zu verbessern. Dieses Handdesinfektions-Armband ist nicht nur bequem in der Anwendung, sondern auch modisch

Abbildung 1: Kopplung zwischen Armband und UV-Strahler

Abbildung 2: Grundlagen des Systems zur Stromerzeugung aus Bewegung

Abbildung 3: Grundlagen des Systems zur Stromerzeugung mit Solarzellen und externer Stromversorgung

Herausforderungen

Aufbauend auf den vielversprechenden ersten Forschungsergebnissen zur Entwicklung des Konzepts des in diesem kurzen Forschungsbericht vorgestellten innovativen Desinfektionssystems wird derzeit daran gearbeitet, verschiedene Aspekte zu verbessern und die Sicherheit der Menschen bei der Anwendung zu gewährleisten. Diese Arbeiten umfassen insbesondere:

• Bau eines Modells des UV-Strahlerkopfes, um die größtmögliche Fläche der Handfläche des Nutzers abzudecken, ohne die normale Beweglichkeit seiner Hände zu stören.
• Erprobung aller verschiedenen Ansätze der Stromversorgung, die zuvor in diesem kurzen Forschungsbericht vorgestellt wurden.
• Test zahlreicher UV-Lampen, um die für unser System am besten geeignete mit geringem Energieverbrauch und passendem Kühlkörper zu ermitteln.
• Bestimmung der optimalen Abmessungen und Materialien für das Armband.
• Bestimmung der optimalen Dauer und Häufigkeit der Desinfektion, um die Haut des Nutzers zu schützen und die Sicherheitsnormen zu erfüllen.
• Vergleich bestehender Desinfektionssysteme mit unserem vorgeschlagenen Konzept im Hinblick auf Wirksamkeit, Kosten und Haltbarkeit.
• Die Kosten so niedrig wie möglich halten, damit das Endprodukt auch für Länder mit niedrigem Einkommen zugänglich ist.

Fazit

Aus dem aktuellen Vorschlag lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:

• Wir eröffnen eine attraktive Möglichkeit, neue Lösungen für UV-Desinfektionssysteme zu entwickeln.
• Unser Vorschlag hat zwei wesentliche Vorteile: Erstens ermöglicht er die direkte Desinfektion der Handflächen des Nutzers, die in ständigem Kontakt mit durch Mikroben oder Viren kontaminierten Gegenständen stehen, und zwar jederzeit und auf Wunsch des Nutzers. Zweitens desinfizieren wir zugleich alle Gegenstände, die der Nutzer berühren könnte, da die UV-Strahlen auf diese Gegenstände gerichtet werden.
• Das Stromversorgungssystem aus Bewegung kann für andere Anwendungen genutzt werden, etwa als Telefonladegerät.

Die Epidemiekrise im Zusammenhang mit COVID-19 wirkt sich erheblich anregend auf die Entwicklung innovativer Lösungen aus. Und es ist wichtig, dieses Produkt so schnell wie möglich auf den Markt zu bringen. Unser Ziel ist es, eine neue, kostengünstige Lösung anzubieten, die wirksam zur Bewältigung der heutigen gesundheitlichen Herausforderung beitragen kann.

Autor: Badre El majid (unabhängiger Wissenschaftler, Rabat, Marokko)