»Give A Breath«-Challenge

Warum brauchen wir diesen Wettbewerb?

Anfang 2020 breitete sich COVID-19 weltweit aus und wurde zur Pandemie, mit der wir noch immer kämpfen. Immer mehr Menschen sind auf intensiv-medizinische Hilfe angewiesen. Selbst wirtschaftlich stark entwickelte Länder kommen an ihre Grenzen. Armen Ländern fehlt es grundsätzlich an notwendiger Spezialausstattung – insbesondere an Apparaturen zur Beatmung von Intensivpatienten. Die Fraunhofer-Zukunftsstiftung und die Munich RE riefen daher zur Challenge »Give a Breath« auf, um die medizinische Versorgung von COVID-19-Erkrankten weltweit zu verbessern. Ziel war es, medizinische Notfallausrüstung dezentral und unabhängig von medizinischen Lieferketten bereitzustellen. Dazu wurden Konzepte zur lokalen Produktion von Apparaturen gesucht.

Unter welchen Rahmenbedingungen fand der Wettbewerb statt?

Mit Preisgeldern und einem Umsetzungsbudget von insgesamt 1 Million Euro riefen die Fraunhofer-Zukunftsstiftung und die Munich RE zu einem weltweiten Ideenwettbewerb auf. Ein Expertengremium definierte drei Kategorien, die den höchsten medizinischen Nutzen bei der Beatmung von Corona-Erkrankten versprechen und zu denen Forschende Konzepte und Lösungen einreichen konnten:

· Kategorie 1: Entwürfe für nicht-invasive Beatmungsgeräte und Sauerstoff-Konzentrationsgeräte

· Kategorie 2: Entwürfe für nicht-invasive Beatmungsmasken

· Kategorie 3: Schulungskonzepte zur Anwendung der entwickelten Geräte und zur Vermittlung von COVID-19-Basiswissen für Hilfspersonal

Mit über 150 Einreichungen aus mehr als 20 Ländern stieß die Challenge auf große internationale Resonanz. Sieben Teams wurden für das Finale ausgewählt und bei der Herstellung von Prototypen unterstützt, die Mitte Juli von Expertinnen und Experten an der ETH Zürich geprüft wurden. Auf dieser Grundlage ermittelte die Jury die Gewinner, die ihre Konzepte in Kooperation mit der Universität Stellenbosch in Südafrika testen konnten. 

Welche Ergebnisse lieferte der Wettbewerb?

Für die Usability-Tests an der Universität Stellenbosch und der Stellenbosch Mediclinic wurden drei Gewinnerlösungen ausgewählt. Das Team »Vivid Breath« der Munich Business School überzeugte mit einem außerordentlich kostengünstigen Beatmungssystem in der Kategorie 1 (nicht-invasive Beatmungsgeräte), das aus einem O2-Konzentrator und einem Beatmungsgerät besteht. In der Kategorie 2 (nicht-invasive Beatmungsmasken) gewannen die Atemmasken »Soteria« der TU München, die vollständig im 3D-Drucker produziert werden können und sich mit einer innovativen Wabenstruktur flexibel an unterschiedliche Gesichtsformen anpassen. Die Projektgruppe PAMB des Fraunhofer IPA und der Festo SE & Co. setzte sich mit der App »Virus Fighter’s Handbook« in der Kategorie 3 (Schulungsmaterial) durch, über die Benutzer Informationen zu Handhabung und Wartung der neu entwickelten Geräte, sowie spezifisches Wissen zum Umgang mit COVID-19 -Erkrankten erhalten.

Wer profitiert von den neuen Lösungen?

Die Ideen der Forschenden sollen das Leiden von COVID-19-Erkrankten lindern, den Alltag in Krankenhäusern erleichtern und weltweit Leben retten. Ärztinnen und Ärzte sowie Klinikpersonal wurden in den Entwicklungsprozess der neuen Lösungen miteinbezogen und testeten die Inbetriebnahme und die Anwendung der Geräte. Ihr Feedback lieferte den Entwicklungsteams wichtige Hinweise zu Verbesserungspotenzialen und Einsatz- und Weiterentwicklungsmöglichkeiten.

In der transferorientierten Forschung gewinnen schnell und kostengünstig umsetzbare Entwicklungen immer mehr an Bedeutung. Die COVID-19-Pandemie verdeutlicht, dass im Gesundheitswesen Ideen vom Labor schneller zur betroffenen Patientenschaft gelangen müssen. »Give A Breath« zeigte, dass die schnelle Entwicklung individualisierter Anwendungen und Rapid Prototyping auch bei Medizinprodukten möglich ist. Die Geräte der Gewinnerteams liefern kostengünstige Einstiegslösungen und die Usability Tests unterstrichen den Bedarf und das Interesse daran. Vor allem Gesundheitssysteme in Entwicklungs- und Schwellenländern könnten von rasch und kostengünstig produzierbaren Medizinprodukten profitieren.

Was macht diesen Wettbewerb einzigartig?

Jede Gewinnerlösung ist einer Wettbewerbskategorie zuzuordnen, die zusammen ein gesamtheitliches Beatmungssystem bilden. Vereinfachte Herstellungsverfahren wie 3D-Druck ermöglichen eine dezentrale und kurzfristige Produktion und Verbreitung der Geräte. Vor allem in Entwicklungsländern zeigte die Corona-Pandemie die Abhängigkeit von internationalen Lieferketten. »Give A Breath« liefert eine Antwort auf die Versorgungsengpässe mit Beatmungsgeräten zur Notfallbehandlung von COVID-19-Erkrankten. Die schnell und lokal produzierten medizinischen Fachgeräte könnten aber nicht nur bei der Bekämpfung des Corona-Virus Hilfe leisten, wie Prof. Oliver Damm, Leiter der Teststrecke in Südafrika, bestätigt: »Es hat sich gezeigt, dass die Prototypen nicht nur für die Behandlung von COVID-19-Erkrankten geeignet sind, sondern ein grundsätzlicher Bedarf an bezahlbaren qualitativ hochwertigen Beatmungsgeräten und O2-Konzentratoren, geeignet für lokale Produktion, besteht.«

Warum fördert die Fraunhofer-Zukunftsstiftung diesen Wettbewerb?

Mit der »Give A Breath«-Challenge förderte die Fraunhofer-Zukunftsstiftung technologische Konzepte, die weltweit das Leiden von COVID-19-Erkrankten lindern. Darüber hinaus könnten in Ländern, in denen die medizinische Infrastruktur unterentwickelt ist, lokal und schnell produzierbare Beatmungsgeräte und -masken Gesundheitssysteme stärken und langfristig zur Unabhängigkeit von internationalen Lieferketten beitragen.

Wie werden die Ergebnisse verwertet?

Um die Prototypen zu medizinisch zulassungsfähigen Geräten weiterzuentwickeln, suchen die Projektteams den Dialog mit Industriepartnern. Ein südafrikanischer Hersteller und Vertreiber von medizintechnischen Produkten eruiert aktuell mit dem Team »Vivid Breath«, wie die Lösung vorangetrieben werden kann. Für das Team »Soteria« ergab sich aus der Testphase eine Kooperationsmöglichkeit. Zusammen mit lokalen Hilfsorganisationen werden die 3D-gedruckten Masken für den Einsatz als Notfallmaske evaluiert und mit der Universität Stellenbosch die Reproduzierbarkeit des Drucks getestet.

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Ihr Herzensprojekt

Mit der Fraunhofer-Zukunftsstiftung können Sie Forschungsprojekte fördern, die Ihnen am Herzen liegen. Ein Stiftungsengagement bietet Ihnen viele Vorzügen. Lassen Sie sich von unseren Projektbeispielen inspirieren.

 

Smartpump

Die Smartpump ist ein Mini-Labor »to go«: Sie passt sowohl in ein Mobiltelefon, als auch in einen Jackensaum, kann mit einem Pflaster an der Haut fixiert und sogar in den menschlichen Körper iplantiert werden. Sie misst in Kombination mit geeigneten Sensoren zum Beispiel Feinstaub, giftige Gase, Feuchtigkeit oder den Insulinspiegel. Außerdem kann sie als Mikropumpe kleinste Mengen an Gas oder Flüssigkeit genau dosieren. Überall dort, wo kleine mobile Analyse und Dosiermöglichkeiten einen Mehrwert bringen – etwa als Teil eines Frühwarnsystems oder für medizinische Anwendungen eröffnet die Smartpump neue Lösungen.

Ribolution-EMDM Benchtop

Mit dem Projekt »RIBOLUTION« förderte die Fraunhofer-Zukunftsstiftung bis 2019 den Aufbau von Know-how zur effizienten Identifizierung und Validierung von nicht-kodierenden Ribonukleinsäure (RNA)-Biomarkern für die Diagnostik. Das Anschlussprojekt »Ribolution-EMDM Benchtop« der Fraunhofer-Zukunftsstiftung unterstützt das Projektteam beim Transfer in der Technologie in die Anwendung und einen vielversprechenden Verwertungspfad: die Entwicklung einer Einzelmolekül-Detektionsmaschine (EMDM).