Modelagem, controle e prototipagem de um sistema de automação para bolsa válvula máscara.

Abstract

Em ambulâncias e cenários de emergência com equipe reduzida, a ventilação manual com Bolsa Válvula Máscara (BVM) ocupa integralmente um socorrista que poderia estar realizando massagem cardíaca, administrando medicamentos ou monitorando sinais vitais. Além da indisponibilidade do profissional, a compressão manual prolongada resulta em fadiga e variabilidade no volume de ar entregue ao paciente, comprometendo a qualidade da ventilação. Este trabalho apresenta um sistema completo de automação para a BVM que integra, em um único protótipo, modelagem do sistema respiratório, projeto mecânico, controle em malha fechada, sistema de segurança e interface de operação. A garra mecânica, impressa em 3D e acionada por motor de passo, comprime a bolsa conforme parâmetros ventilatórios definidos pelo operador, enquanto um controlador proporcional integrativo regula a pressão alveolar com realimentação contínua. O controlador é projetado com um único conjunto de ganhos fixos e validado em três cenários clínicos distintos — adulto saudável, padrão obstrutivo (Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica) e padrão restritivo (Síndrome do Desconforto Respiratório Agudo) —, demonstrando robustez ao atender os requisitos de desempenho em todas as condições, com tempos de acomodação compatíveis com os ciclos ventilatórios e erro em regime permanente nulo. A segurança do paciente é tratada como requisito central: o sistema incorpora intertravamentos, limites de pressão, alarmes de sobrepressão e de volume insuficiente, além de parada de emergência, garantindo operação dentro de faixas seguras mesmo em condições adversas. A modelagem do sistema respiratório por circuito resistência-complacência unicompartimental é validada em ambientes de simulação complementares, e o protótipo mecânico da garra é fabricado e integrado ao sistema de acionamento, com o firmware embarcado no microcontrolador. A validação experimental com instrumentação de pressão e volume e com carga real da bolsa é proposta como trabalho futuro. A solução desenvolvida demonstra a viabilidade de liberar um profissional para outras intervenções críticas durante o atendimento pré-hospitalar, contribuindo, em versões futuras validadas, para a segurança da ventilação e a eficiência da equipe de emergência.