新型コロナウイルスとの闘いに欠かせない人工呼吸器。激増する需要に応えるべく動き出したのは、通常業務の停止を余儀なくされたメーカーたちだ。既存の工場を人工呼吸器用に大改造するだけでなく、まったく新しいデヴァイスを開発・生産する企業も現れている。
TEXT BY ALEX DAVIES
インディアナ州ココモにあるGMの自動車工場。人工呼吸器の月産10,000台体制を築くべく、工場内の大改造が進められている。AJ MAST/GM
3Dプリンターをジープの後部に積み込んだケヴィン・ザゴースキーは、しばらく職場には戻れそうにないな、と思った。3月20日、火曜日の夜のことだった。
衛星打ち上げ企業のヴァージン・オービットは新型コロナウイルスの感染拡大に対応するために、カリフォルニア州ロングビーチの拠点での業務を制限していた。同社のエンジニアであるザゴースキーはクルマで自宅に向かいながら、ドアノブに触れずに扉を開けられるアダプターを3Dプリンターでつくってみようと考えていた。
ところが在宅勤務が始まった最初の週末に、ザゴースキーはマネージャーからの電話で新しい業務の割り当てを受けた。こうして月曜までにザゴースキーは、新型コロナウイルス感染症「COVID-19」の重症患者たちの肺に空気を送り込むべく、低価格で量産可能な人工呼吸器を医師たちと共同で設計しようとしていた。
こうしてザゴースキーと10人ほどの同僚のエンジニアたちは週の半ばまでに、アンビューバッグ（蘇生バッグ）とも呼ばれる手動式人工呼吸器を機械化した製品のプロトタイプを開発した。救急救命士が携帯しているアンビューバッグがあれば、患者の肺にポンプで空気を送り込むことができる。当局の認可を待つザゴースキーたちは、第3世代となったデヴァイスの量産を近日中に始められると考えている。
ヴァージン・オービットが開発した新しい人工呼吸器。VIDEO BY VIRGIN ORBIT
人工呼吸器不足を解消せよ
呼吸機能を妨げる新型コロナウイルスとの戦いにおいて、重要なツールである人工呼吸器が不足している。さまざまな予測があるが、ワシントン大学保健指標評価研究所の推定によると、「社会距離戦略（ソーシャル・ディスタンシング）」が5月まで維持されると仮定した場合、米国では4月半ばにおよそ55,000台が必要になるという。
ニューヨーク州知事のアンドリュー・クオモは4月2日、ニューヨーク市で6日後に人工呼吸器が不足する恐れがあると発言した。普段は人工呼吸器を1年間に数千台しか生産しない業界が、これにより需要の急増に圧倒されているのだ。この不足分を補うべく集結したのが、フォードやゼネラルモーターズ（GM）、テスラ、ダイソンなど、通常業務の停止を余儀なくされた企業たちである。
ヴァージン・オービットやダイソン、マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者グループなどは、新しいタイプの人工呼吸器を設計している。
一方で、大手メーカーは実績のある技術を採用した。フォードとゼネラル・エレクトリック（GE）は、1日2〜3台の人工呼吸器を生産するフロリダの企業Aironから人工呼吸器の設計のライセンスを取得した。2社によると、今後100日で50,000台、その後の1カ月で30,000台を生産する予定だという。作業の多くはデトロイトにあるフォードのローソンヴィル工場で進められ、全米自動車労働組合に所属する500人の作業員が3交代制で勤務することになる。
GMはインディアナ州ココモの工場で作業員を1,200人動員し、ベンテック・ライフ・システムズの人工呼吸器を1カ月で10,000台生産しようと計画している。
自動車生産の知識で、生産量を数百倍に
作業員と工場のニーズも大きいが、自動車メーカーの最大の貢献は生産と物流に関する幅広い知見だ。
フォードにはサプライチェーンの専門家やプロダクトデザイナー、インダストリアルエンジニア（IE）、ファシリティの専門家がおり、それぞれ世界中から集まる何千もの部品を必要とする製品に的確に組み込んでいく教育を受けている。「多くの優秀な人材を素早く集められます」と、フォードのグローバル・コア・エンジニアリング部門のエイドリアン・プライスは語る。
フォードのチームは、人工呼吸器の生産量を500倍に引き上げるため、フロリダ州のAironから送られてきた人工呼吸器を週末にかけて分解した。250点以上の部品を3Dスキャンしたり、部分組立品を分解して組み立て直したり、作業員の教育用に生産の各工程を撮影したりといった具合だ。また、生産ペースを早めるために必要な作業場や工具、設備の数を導き出し、サプライヤーに問い合わせ、それらをすべて確保した。
GMも同じように取り組んでいる。同社はシアトルにチームを派遣し、バンテックが人工呼吸器をどのように生産しているのか、どの部品が必要か、それを満たせるのはどのサプライヤーかを調査した。
ボトルネックを解消するには、既存の部品を漁り、人工呼吸器の生産に必要なものと大まかに一致する自動車部品を見つけなければならない。人工呼吸器のホースの代わりにラジエターホースを使ったりはしないが、GMはサプライヤーの1社に人工呼吸器用ホースの基準と仕様を伝えてパーツの写真を送っのだと、同社生産部門のチーフであるジェラルド・ジョンソンは言う。
連絡を受けたサプライヤーは、新たな需要に対応するための設備の確保に動いた。GMによると、同社は直流モーターや回路基板、配線束などについても同じような方法をとっているという。
異例のスピードと品質の両立
GMはまた、ココモの工場を急ピッチで人工呼吸器工場に変えている。既存の設備を撤去し、壁を取り壊し、新しい作業場やベルトコンベアーを設置してるのだ。協力会社はGMの基準に厳格に従った製品の生産や、出荷前検査などの面でサポートする予定だ。
フォードとGMの新しい施設は、米食品医薬品局（FDA）の認可を受ける必要もある。同局は製品だけでなく、その生産施設も監督しているからだ。しかし、こうした異例な速さの生産能力の強化に対しては、品質管理についての疑問も提起されている。
「何かを大急ぎでつくろうとすると、必ず問題が生じるのです」と、MDIコンサルタンツの副社長のアラン・シュワルツは指摘する。元FDA局員のシュワルツは、1970年代からデヴァイスメーカーの顧問を務めてきた。
医療機器を生産するには、すべての部品と製品をトラッキングし、大量のデータを収集し、数々の詳細事項を記録する必要がある。どんな問題もすみやかに見つけ出し、解決するためだ。シュワルツによると、ここで必要になる品質管理は「膨大な業務」だという。
まったく新しいデヴァイスを開発したヴァージン
GMなどの自動車メーカーには、定評のあるサプライヤーを使って、すでに認可の下りた製品を生産できるという強みがある（通常とは逆の関係なので妙ではあるが、厳密に言えば人工呼吸器においてGMはバンテックの請負業者なのだ）。
だがヴァージン・オービットは、未認可の新しい機械を設計するという、より難しい方法を選んだ。病院で使われる従来型の箱型装置の代わりに、アンビューバッグをデヴァイス化し、自動で人工呼吸を行なえるようにしたのだ。
このデヴァイスはモーターを使い、じゃがいも型のカムを回転させ、金属部品を袋に押し付ける。「とてもシンプルな機械です」と、ヴァージン・オービットで先進生産部門を率いるザゴースキーは語る。
ザゴースキーたちは、医師とエンジニアからなる臨時のコンソーシアム（共同事業体）「Bridge Ventilator Consortium」の指示を仰いでいる。カリフォルニア大学アーヴァイン校とテキサス大学オースティン校に拠点を置く同コンソーシアムは、病院で一般的に使われる複雑な機械よりも限定的な機能をもつシンプルなデヴァイスを「ブリッジ人工呼吸器（bridge ventilator）」と名付けた。
機能に制約があるとはいえ、新型コロナウルス感染症の患者を含め、比較的症状が軽い患者の多くにとっては十分だ。「全員にキャデラックが必要というわけではありません」と、カリフォルニア大学アーヴァイン校メディカルセンターで麻酔専門医を務めるゴヴィンド・ラジャンは言う。
ラジャンがインドで働いていたころは、人工呼吸器の不足はよくあることだった。このためアンビューバッグの使い方を患者の家族に教えることもあったという。そんなラジャンにとって、人工呼吸器の需要と供給の差を埋めるために、アンビューバッグの自動化を求めるのは自然なことだった。
PHOTOGRAPH BY VIRGIN ORBIT
極限までシンプルなデヴァイスを
スケールとスピードを重視していたヴァージン・オービットのエンジニアたちは、「シンプルさと生産のしやすさに徹底したアプローチをとっていた」とザゴースキは言う。組立工程で使うあらゆる部品、ナット、ワッシャーを確認することで、それらの部品が必要かつタスクに耐えうるものかを精査していったという。
これによって、プログラミングは最小限に抑えられた。ゴールは「1分当たりの呼吸数」、袋からどれだけの空気が換気されるかを示す「換気量」、そして吸った時間と吐いた時間の比である「吸呼気相比」の3つの主な変数をコントロールすることだ。
モーターの速度の影響を受ける「1分当たりの呼吸数」は、ダイヤルで調整できる。そのほかの変数は部品を取り替えることで調整可能だ。換気量は袋に押し当てられる部品のサイズによって、吸呼気相比は回転カムの形状によって変更できる。
人工呼吸器を現場に導入するため、ヴァージン・オービットはFDAの認可を待っているところだ。「認可が下り次第、生産に着手します。病院に製品を送付するための準備は基本的に整っているのです」と、特別プロジェクト事業の部門長であるウィル・ポメランツは語る。
カリフォルニア大学アーヴァイン校のラジャンによると、規制当局との初期段階の協議はうまくいっており、近く認可が下りることを想定しているという。FDAに同社との協議について質問したが、回答はなかった。
ヴァージン・オービットのエンジニアはこの業務に適任だ。エンジニアたちはロケットによる新しい衛星の打ち上げシステムの設計を日常業務としており、新しい機械的・電気的設計の具体化においては長い経験がある。クリーンルームや3Dプリンター、その他の製造装置へのアクセスもある。
この新しいタイプの人工呼吸器をつくるため、金属加工装置とそのオペレーターのために新しい説明書を作成しなければならなかったが、必要なのはそれくらいだった。「形状と目的がわずかに異なるものをつくっているだけです」と、ポメランツは言う。
導入前の要検討項目は多い
こうした新しいシステムの有用性を疑問視する声もある。標準的な人工呼吸器は、酸素含有量など数多くの変数を調整することが可能だ。「ノブやボタンがあれほど多いのは、理由があるからなのです」と、ミシガン大学の生物医学工学者のバリー・ベルモントは言う。
新しいタイプの人工呼吸器を、混雑した病院の限られたスペースにどのように設置するか検討することも重要だ。物理的にも電子的にも、ほかの医療機器と干渉してはならない。また、病院基準の消毒剤を使った清掃や、加圧滅菌器の超高温・高圧にも耐えられる必要がある。すでに限界まで追い込まれている医療従事者への使用法の指導も必要だ。
人工呼吸器は機械的には単純であるかもしれないが、要求の厳しい特定の環境においてもほぼ確実に動作する必要があることから、一般的な価格はおよそ10,000ドル（約108万円）する。新型コロナウイルスは国内外で感染を拡大させており、間違いを犯す余裕はなくなってきている。だがそれと同時に、より思い切った一手も必要となっているのだ。
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April 10, 2020 at 06:00AM
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