Zwycięzcy James Dyson Award 2024 - innowacje zmieniające świat medycyny i środowiska

• Athena jest międzynarodowym zwycięzcą w dziedzinie medycyny. Wynaleziona przez 24-letnią projektantkę Olivię Humphreys (Irlandia) Athena to niedrogie i przenośne urządzenie dla pacjentów poddawanych chemioterapii. Olivia opracowała urządzenie po tym, jak była świadkiem bolesnej walki swojej matki z rakiem. Chłodzi ono skórę głowy, aby zapobiec wypadaniu włosów. Athena kosztuje 1⁄20 ceny istniejącej technologii i może być używana poza szpitalem, skracając przy tym czas, jaki pacjenci zmuszeni są spędzać na oddziałach.
• airXeed Radiosonde jest międzynarodowym zwycięzcą w dziedzinie zrównoważonego rozwoju. Wynaleziony przez naukowców z tytułem doktora Shane Kyi Hla Win i Danial Sufiyan Bin Shaiful (Singapur), airXeed to inspirowany naturą czujnik wielokrotnego użytku do prognozowania pogody. W przeciwieństwie do obecnych balonów meteorologicznych, nie wytwarza ton plastiku i odpadów elektronicznych, a do tego opada jak nasiona klonu, dzięki czemu pozwala uniknąć kolizji samolotów i wylądować w wyznaczonych strefach zbiórki.
  
  

W tym roku do międzynarodowego konkursu dla studentów, który wsparł już ponad 400 rozwiązujących problemy wynalazków młodych inżynierów i naukowców z całego świata, spłynęło prawie 2000 zgłoszeń.

Zainicjowaliśmy Konkurs Nagroda Jamesa Dysona prawie 20 lat temu, aby zachęcić studentów uczelni wyższych do aktywnego rozwiązywania problemów wokół nich. Od tego czasu otrzymaliśmy tysiące zgłoszeń. Wspaniale jest widzieć, jak wielu studentów opracowuje realne rozwiązania poważnych globalnych wyzwań. Zamiast jedynie o tym rozmawiać, podejmują działania w tym kierunku - i do tego właśnie zachęca Konkurs Nagroda Jamesa Dysona. W tym roku mamy dwóch wspaniałych zwycięzców, których z radością wspieramy i mam nadzieję, że nagroda będzie dla nich trampoliną do przyszłego sukcesu. ​James Dyson ​o tegorocznych zwycięzcach.

James Dyson zaskoczył Olivię, Shane'a i Daniala ekscytującą wiadomością podczas rozmowy wideo online. Obejrzyj jej przebieg na YouTube.

Zwycięzca medyczny - Athena, autorstwa Olivii Humphreys z Irlandii

Problem

Około 65-99% pacjentów przechodzących chemioterapię będzie dotkniętych wypadaniem włosów z nią związanym. Obecne techniki zapobiegania wypadaniu włosów wykorzystują chłodzenie skóry głowy, metodę polegającą na stosowaniu niskich temperatur bezpośrednio na skórę głowy przed, w trakcie i po chemioterapii. Zmniejsza to wypadanie włosów poprzez obkurczanie naczyń krwionośnych i ograniczanie przepływu krwi. Po chemioterapii chłodzenie może również pomóc włosom odrosnąć szybciej i mocniej. Może być też jednak bardzo bolesne dla pacjentów. Dostępność chłodzenia skóry głowy jest ograniczona ze względu na wysokie koszty. Tegoroczny Zwycięzca Medyczny konkursu pochodzi z Irlandii, gdzie Minister Zdrowia oszacował całkowity koszt instalacji urządzenia do chłodzenia skóry głowy na aż na 216 000 EUR. Ma to związek z dodatkowymi kosztami związanymi z personelem, ponieważ leczenie wymaga dodatkowej pomocy przy obsłudze sprzętu. Dodatkową przeszkodą jest zapewnienie odpowiedniego dopasowania sprzętu do pacjenta oraz wydłużony czas pobytu w szpitalu. Dostępne są też tańsze, ręczne alternatywy chłodzenia, ale są one mniej wydajne i nie zapewniają długotrwałych efektów. Nie wszystkie szpitale oferują również chłodzenie skóry głowy dla pacjentów. W rzeczywistości w Irlandii chłodzenie skóry głowy jest dostępne tylko w 8 z 86 szpitali w kraju. 

Rozwiązanie

Olivia Humphreys, 24-letnia absolwentka projektowania produktów i technologii, wynalazła urządzenie Athena, aby rozwiązać te problemy. Olivia, będąc świadkiem wpływu utraty włosów spowodowanej chemioterapią u swojej bliskiej osoby, poczuła silną potrzebę działania. Gdy w 2019 roku u jej matki zdiagnozowano raka, spędzała czas przy niej podczas leczenia, co stało się inspiracją do stworzenia technologii zapobiegającej wypadaniu włosów.

Athena to przenośne, termoelektryczne urządzenie zapobiegające wypadaniu włosów, które działa na zasadzie chłodzenia skóry głowy. Jest bardziej ekonomiczne i oszczędza czas w porównaniu do obecnie stosowanych urządzeń szpitalnych, przy zachowaniu wysokiej jakości leczenia.

Obecnie stosowane urządzenia do chłodzenia skóry głowy opierają się na technologii wymagającej stałego zasilania, co zmusza pacjentów do przybycia do szpitala 30 minut przed rozpoczęciem infuzji oraz pozostania przez 90 minut po zabiegu, aby schłodzić skórę głowy przed i po terapii. Athena to zasilane bateryjnie urządzenie ważące około 3 kg, które składa się z przenośnej walizki i chłodzącego nakrycia, dopasowującego się do różnych kształtów głowy. Dzięki temu pacjenci mogą spędzać mniej czasu w szpitalu w dniu podania chemioterapii. Urządzenie działa na bazie niedrogich półprzewodników termoelektrycznych typu Peltiers, które chłodzą wodę krążącą wokół głowy przez inteligentnie zaprojektowaną nasadkę.

Dzięki urządzeniu Athena pacjenci mogą samodzielnie rozpoczynać i kończyć proces chłodzenia skóry głowy w dowolnym miejscu, na przykład w zaciszu własnego domu. Przy pełnej mocy urządzenie może działać przez 3,5 godziny, co pozwala pacjentom na dojazdy do i ze szpitala podczas chłodzenia oraz na swobodne poruszanie się w trakcie infuzji, na przykład w celu skorzystania z łazienki. Athena ma na celu przywrócenie kontroli pacjentom w czasie, kiedy zazwyczaj czują, że mają jej niewiele. Skoncentrowane na potrzebach pacjenta, urządzenie zostało zaprojektowane z myślą o wygodzie i estetyce - Olivia wybrała jasne kolory, które stanowią kontrast dla typowych, klinicznych barw spotykanych w szpitalach.

Nazwa Athena pochodzi od potężnej greckiej bogini mądrości i strategii bitewnej, a dla zwyciężczyni symbolizuje odporność - cechę, którą często posiadają osoby żyjące z chorobami nowotworowymi i przechodzące przez trudne leczenie. Według Olivii szacowany koszt Atheny wyniósłby około 1000 euro, co jest znacznie niższym kosztem niż w przypadku urządzeń przemysłowych, których ceny zaczynają się od około 20 000 euro. Athena może sprawić, że zapobieganie wypadaniu włosów stanie się bardziej dostępne i przystępne cenowo zarówno dla pacjentów, jak i świadczeniodawców opieki zdrowotnej - idealny scenariusz Olivii obejmowałby współpracę ze szpitalami i organizacjami charytatywnymi w celu zaoferowania Atheny w ramach programu wynajmu lub pożyczki. Aby móc udoskonalać urządzenie, potrzebne są szeroko zakrojone badania, a nagroda pieniężna związana z wygraną w międzynarodowym Konkursie Nagroda Jamesa Dysona pozwoli je rozpocząć. W dłuższej perspektywie, Olivia planuje badać nowe technologie dla przyszłych metod zapobiegania wypadaniu włosów poza chłodzeniem skóry głowy.

Członkowie mojej rodziny chorowali na raka, dlatego wiem, iż utrata włosów jest szczególnie przygnębiającą i wyniszczającą częścią leczenia chemioterapią. Rozwiązanie zamrożenia skóry głowy pacjenta nie zawsze jest dostępne, ponadto to procedura kosztowna i bardzo bolesna". Tegoroczna zwyciężczyni konkursu medycznego, Olivia Humphreys, rozwiązała ten problem, projektując Athenę, przenośne urządzenie do chłodzenia skóry głowy. Z urządzenia można korzystać podczas podróży, w momencie transportu do i ze szpitala, a także używać w domu - jest to niedroga alternatywa dostępna dla każdego, z potencjałem, aby dokonać prawdziwej zmiany. James Dyson, założyciel firmy Dyson.

Postanowiłam zbudować działający prototyp, aby przetestować możliwości półprzewodników Peltiera. Wykorzystując komputerowy system chłodzenia Peltiera, pompę membranową, starą walizkę mojej mamy i akumulator samolotowy mojego taty, byłam w stanie stworzyć solidny dowód słuszności koncepcji. Następnie skupiłam się na formie produktu, tworząc modele kartonowe i piankowe oraz określając aspekty funkcjonalności i punkty styku, aby zapewnić jak najlepsze wrażenia użytkownika. Ostatecznie powstał finalny model projektu, Athena, który został wykonany przy użyciu modelowania SolidWorks 3D CAD. Olivia Humphreys mówiąc o rozwoju Atheny.

Jestem niesamowicie dumna z ciężkiej pracy, ambicji i zaangażowania, które włożyłam w stworzenie Atheny. Zwycięstwo w Konkursie Nagroda Jamesa Dysona nie tylko potwierdza moje wysiłki, ale także stanowi uznanie dla historii i spostrzeżeń osób, które doświadczyły leczenia raka. Moja mama zainspirowała mnie do stworzenia Atheny, a osiągnięcie tego poziomu przez mój projekt jest niezwykle emocjonujące i satysfakcjonujące. Nagroda zmotywowała mnie do uznania mojego potencjału i otwiera przede mną ekscytujące możliwości jako młodej projektantki i innowatorki. Słowa Olivii po zdobyciu nagrody w Konkursie Nagroda Jamesa Dysona.

Utrata włosów jest jednym z najbardziej zewnętrznych i niepokojących skutków ubocznych chemioterapii. Obecne techniki chłodzenia skóry głowy mogą zmniejszyć ryzyko lub zakres utraty włosów, ale muszą być stosowane na oddziale chemioterapii, co wiąże się z długim dniem spędzonym przez pacjentów w szpitalu. Ta nowa, mobilna wersja zapewni pacjentom większą swobodę, odzyskując część ich dnia, a także zwolni cenny czas na fotelu chemioterapeutycznym dla innych pacjentów. Profesor Mark Beresford, konsultant onkolog w Royal United Hospital Bath.

Zwycięzca zrównoważonego rozwoju - airXeed Radiosonde, autorzy: Shane Kyi Hla Win i Danial Sufiyan Bin Shaiful z Singapuru

Problem

Każdego dnia stacje meteorologiczne na całym świecie wystrzeliwują urządzenia za pomocą balonów pogodowych, które zbierają krytyczne dane atmosferyczne w celu dokładnego prognozowania pogody. Te małe urządzenia, zwane radiosondami, mierzą ciśnienie powietrza, temperaturę, wilgotność, prędkość i kierunek wiatru oraz przesyłają te dane z powrotem do stacji naziemnych, pomagając meteorologom śledzić wzorce pogodowe i prognozować warunki. Obecne urządzenia są jednak jednorazowego użytku i przyczyniają się do powstawania ton plastiku i e-odpadów na całym świecie. Po osiągnięciu dużych wysokości balon przenoszący urządzenie pęka, a czujnik szybko opada, często rozbijając się w odległych lokalizacjach, bez zbierania dalszych danych atmosferycznych podczas opadania.

Na całym świecie działa 1300 stacji pogodowych i przewiduje się, że uwalniają one co najmniej dwie jednorazowe radiosondy dziennie. W ciągu roku uwalnianych jest prawie milion radiosond wartości 190 milionów dolarów i szacuje się, że to rozwiązanie powoduje powstanie 48 ton odpadów elektronicznych.

Urządzenia te mają kluczowe znaczenie dla szybko rozwijającej się branży prognozowania pogody, wycenianej na ponad 2,25 mld USD w 2023 r. i prognozowanej na około 5,23 mld USD do 2032 r. Wzrost ten jest napędzany przez rosnące zapotrzebowanie na precyzyjne prognozowanie pogody w sektorach takich jak rolnictwo, energetyka, transport i lotnictwo. Ekstremalne zjawiska pogodowe zwiększyły również zapotrzebowanie na lepsze systemy prognozowania.

Rozwiązanie

Tegoroczny globalny zwycięzca w dziedzinie zrównoważonego rozwoju ma na celu sprawić, aby prognozowanie stało się bardziej przyjazne dla środowiska. AirXeed Radiosonde to urządzenie wielokrotnego użytku, które rozwiązuje problem ilości e-odpadów wytwarzanych przez jednorazowe radiosondy dostępne na rynku. Ma również na celu zwiększenie ilości danych atmosferycznych, poprawiając jakość prognoz.

Młodzi inżynierowie Shane Kyi Hla Win i Danial Sufiyan Bin Shaiful z Singapurskiego Uniwersytetu Technologii i Wzornictwa czerpali inspirację z natury do stworzenia wynalazku. Aby zminimalizować ilość elektroodpadów i zminimializować zanieczyszczenie w odległych obszarach, stworzyli airXeed Radiosonde.

Zespół wykorzystał w swoim rozwiązaniu autorotację nasion klonu. Asymetryczny kształt wytwarza siłę nośną i opór, pozwalając im obracać się jak helikopter podczas spadania. Nie tylko spowalnia to urządzenie, zapobiegając uszkodzeniom przy zderzeniu z ziemią, ale także zwiększa prawdopodobieństwo wylądowania w dostępnym miejscu, ułatwiając jego odzyskanie i ponowne użycie. Zespół wykorzystał uczenie maszynowe, aby zoptymalizować ten projekt pod kątem najlepszej wydajności lotu. Kontrolowane opadanie AirXeed pozwala na zbieranie i przesyłanie większej ilości danych atmosferycznych do stacji pogodowych, ponieważ tradycyjne radiosondy nie są w stanie tego zrobić.

W celu uniknięcia kolizji z samolotami i napotkania bardzo wietrznych warunków, które mogłyby zakłócić opadanie, urządzenie Shane'a i Daniala przestaje się automatycznie obracać po przekroczeniu wysokości przelotowej samolotu. Wchodzi wtedy w tryb nurkowania, aby zwiększyć prędkość. Zespół dodał również kontroler pokładowy do zarządzania stabilnością urządzenia i torem lotu, aby wylądować bez uderzenia w pobliżu najbliższej strefy zbiórki do ponownego wykorzystania. Kontroler ten jest wzbogacony o uczenie maszynowe w celu oszacowania prędkości i kierunku wiatru na pokładzie, a także wybrania najlepszego miejsca do lądowania. Strefy zbiórki byłyby ustalane na podstawie wzorców pogodowych i współpracy władz lokalnych. Wyposażony w GPS i nawigację lotu wynalazek wybrałby optymalną strefę zbierania z wielu opcji w każdej stacji pogodowej, zapewniając płynny powrót w oparciu o pogodę i trajektorię lotu.

Shane i Danial postawili na zrównoważony rozwój przy wyborze materiałów, wykorzystując drewno balsa i piankę do budowy lekkiego skrzydła i osłony. Modułowe komponenty pozwalają na łatwą wymianę i recykling zużytych części.

Po zdobyciu nagrody w Konkursie Nagroda Jamesa Dysona, Shane i Danial mają nadzieję na współpracę z większą liczbą stacji pogodowych i producentów czujników pogodowych w celu zebrania danych i informacji zwrotnych po to, aby ostatecznie wprowadzić airXeed Radiosonde na rynek.

Balony meteorologiczne, które zbierają informacje atmosferyczne, spadają z powrotem na Ziemię i zanieczyszczają środowisko odpadami elektronicznymi. Shane i Danial, nasi Zwycięzcy w kategorii Zrównoważonego Rozwoju, znaleźli sposób na to, aby urządzenie powracało na ziemię w miejsce, w którym operatorzy chcą, aby wylądowały. Jest to detektor pogodowy wielokrotnego użytku, oszczędzający środowisko i pieniądze. Myślę, że to innowacyjny pomysł. James Dyson, założyciel firmy Dyson.

Zdobycie globalnej nagrody w kategorii zrównoważonego rozwoju w Konkursie Nagroda Jamesa Dysona jest dla nas ogromnym krokiem naprzód. Pokazuje, że nasz projekt ma potencjał i daje nam platformę do zaprezentowania, w jaki sposób airXeed Radiosonde może pozytywnie poprawić branżę meteorologiczną - usłyszenie tego od samego Sir Jamesa Dysona czyni to jeszcze bardziej wyjątkowym. To niezwykle motywujące, że tak wybitna postać w dziedzinie innowacji poświęca czas, aby zachęcić młodych wynalazców, takich jak my, do opracowywania rozwiązań, które są zrównoważone i odpowiadają na krytyczne globalne wyzwania. Słowa Shane'a po zdobyciu Nagrody w Konkursie Nagroda Jamesa Dysona.

Dzięki uznaniu nagrody mamy nadzieję nawiązać kontakt z ekspertami z branży meteorologicznej, zabezpieczyć partnerstwa i pozyskać fundusze na dalsze testowanie i rozwijanie naszego projektu. To ogromny impuls w naszej podróży w kierunku przekształcenia airXeed Radiosonde w pełni zrealizowane rozwiązanie, które może zmniejszyć ilość odpadów elektronicznych i sprawić, że monitorowanie pogody będzie jeszcze bardziej inteligentne i zrównoważone. Danial o tym, co dalej czeka zespół.

Obserwacje radiosondy mają kluczowe znaczenie w meteorologii, zapewniając szczegółowe profile pionowe temperatury, wilgotności, ciśnienia i wiatru przez atmosferę. Cieszymy się, że młodzi wynalazcy, tacy jak Shane i Danial, interesują się zrównoważonym środowiskowo rozwojem radiosond, które można ponownie wykorzystać. Zachęcamy ich do dalszego wprowadzania innowacji i rozwiązań, które mogą wspierać branżę meteorologiczną. Choo Huat Aik, dyrektor ds. Służbie Meteorologicznej Singapuru.