Mengembangkan Alat Bantu Nafas Ulang dan Dekompresi melalui Fisiologi dan Teknik Terapan
OSKAR FRANBERG MEMIMPIN KELOMPOK PENELITIAN di bidang teknik sistem kelautan di Blekinge Institute of Technology di Karlskrona, Swedia, dan menjabat sebagai direktur pelaksana Pusat Teknologi Bawah Air Nasional Swedia. Ayah tiga anak ini adalah seorang insinyur dan telah aktif dalam penelitian penyelaman, terutama fisiologi pernafasan, selama lebih dari 20 tahun.
Bagaimana Anda terlibat dengan fisiologi selam?
I’ve always been fond of the sea and enjoyed swimming and snorkeling as a kid. My first real dives were in 1996, when I became an explosive ordnance disposal (EOD) diver during my service in the Swedish navy, and I have kept diving ever since. One of my most noteworthy dives was during the excavation of the 17th-century Swedish warship Kronandi mana kami menemukan dan menyelamatkan sebuah peti berisi 6.500 koin perak yang berasal dari tahun 1675.
Setelah dinas militer, saya belajar teknik di Chalmers University of Technology di Gothenburg dan mengembangkan serta mematenkan alat bantu pernapasan jenis baru yang mengekstraksi oksigen dari udara dan melepaskannya dengan panas selama menyelam. Hal ini berujung pada kolaborasi dengan angkatan laut yang kemudian mendanai penelitian tentang teknologi pembersih karbon dioksida yang dapat diisi ulang.
I worked for a few years in Stockholm at the Military Diving Center (MDC) — an interesting work environment with a mix of engineers, physicians, and operative divers — before starting my PhD in biomedical engineering at the KTH Royal Institute of Technology in a joint group with the Karolinska Institute (KI). This versatile environmental physiology group encompassed the major fields, including aerospace, sports, thermal, and dive physiology.
Ceritakan kepada kami tentang disertasi PhD Anda.
Tesis PhD saya adalah tentang kandungan oksigen dalam alat pernafasan mekanis. Saya menguji beberapa alat pernafasan ulang dan membuat model matematis kandungan oksigen di dalamnya. Untuk memverifikasi model tersebut, saya mengembangkan simulator metabolik untuk menguji dan mengukur kandungan oksigen dan karbon dioksida di dalam alat pernafasan. Simulator ini juga dapat mensimulasikan masalah perfusi ventilasi di paru-paru. Simulator ini telah terbukti berguna dalam menguji ventilator pengatur medis dan mesin anestesi.
Saat ini Anda bekerja untuk siapa?
Pada tahun 2015, wakil rektor di Blekinge Institute of Technology mengundang saya untuk membantu mengembangkan program teknik kelautan selama lima tahun, jadi saya pindah ke Karlskrona dan mengambil cuti dari penelitian penyelaman. Kami memulai kelas pertama setelah dua tahun, dan saya tetap menjadi manajer program teknik selama tiga tahun pertama.
It is not a classical naval architecture program — it’s more focused on marine systems engineering and marine robotics. This broader focus makes the program tougher than usual. Of the first 20 enrollees, 30 percent graduated after five years, but employers recruited all of them directly out of the program. We now enroll about 30 students per year, of which about 40 percent are women, which is quite extraordinary for an engineering program.
Apakah Anda merindukan melakukan penelitian penyelaman selama waktu itu?
Ya, tentu saja. Menyelam adalah hal yang membawa saya ke dalam penelitian. Tetapi saya tidak sepenuhnya terputus karena saya masih mengawasi mahasiswa PhD. Saya menyukai perpaduan yang saya dapatkan dengan pengembangan yang lebih digerakkan oleh teknologi seperti kendaraan yang dioperasikan dari jarak jauh (ROV), kendaraan bawah air otonom (AUV), dan kapal selam.
© CLARA SJÖBLOM
Salah satu proyek Anda adalah membuat tabel dekompresi angkatan laut Swedia yang baru. Ceritakan kepada kami mengenai hal itu.
Seperti banyak negara lainnya, Swedia telah menggunakan tabel dekompresi Angkatan Laut A.S. sejak tahun 1950-an. Meskipun ada upaya besar untuk menulis ulang pada tahun 1988, tabel SWEN 88 yang dihasilkan memiliki penggunaan praktis yang terbatas, sehingga Swedia tetap menggunakan tabel Angkatan Laut AS. Pada tahun 2010, Angkatan Laut Swedia beralih menggunakan tabel dari Panduan Menyelam Angkatan Laut A.S., Revisi 6.
At the same time our EOD divers switched diving units, and we started seeing quite a lot of decompression sickness (DCS) in the navy from 2012 onward. During our investigation we saw multiple contributing factors, one of which was the switch to composite cylinders for a lower magnetic signature for the EOD divers. It turned out that those cylinders leaked gas, and we didn’t realize that they were selectively leaking oxygen. As a result, we now have very strict rules for gas analysis.
Kami juga melihat beberapa profil di bagian Panduan Menyelam Angkatan Laut A.S., Revisi 6 yang menghasilkan lebih banyak DCS. Pada awalnya, kami mengira bahwa urutan dekompresi ini merupakan masalah teknologi, karena kami baru saja mengganti unit, dan butuh waktu lama bagi kami untuk mengetahui masalahnya.
Ketika Angkatan Laut AS merilis Revisi 7 dari buku panduan penyelaman mereka, kami harus memilih apakah akan mengikuti revisi ini atau mengembangkan sesuatu sendiri. Untuk memanfaatkan manfaat algoritme eksklusif yang dapat disesuaikan untuk profil dan sistem penyelaman apa pun serta didigitalkan untuk program perencanaan penyelaman atau komputer, staf angkatan laut memutuskan untuk mengembangkan solusinya sendiri. Maka saya menerima hibah dari angkatan laut Swedia untuk membentuk kelompok kerja guna mengembangkan tabel baru, SWEN21.
Saya mempekerjakan seorang mahasiswa PhD teknik dan seorang ahli matematika postdoc serta dua dokter medis untuk mengintegrasikan fisiologi dekompresi. Butuh banyak penelitian investigasi untuk mengetahui cara mengembangkan algoritme dekompresi, dan kami belajar banyak tentang model dekompresi dan tabel dekompresi yang digunakan di negara lain, seperti Prancis, Kanada, dan Belanda.
We ended up with validations of a model that is closest to that of Edward Thalmann — one that calculates exponential gas uptake and more linear offgassing. Our recommendation to the Swedish navy was that this was the most validated model available and not far from U.S Navy Revision 7.
Bagaimana Anda memvalidasi tabel dekompresi?
Staf angkatan laut Swedia menginginkan tabel dengan hanya 1 persen risiko DCS secara keseluruhan dan 0,1 persen risiko DCS sistem saraf pusat, bukan 2,3 persen risiko tabel Revisi 7 Angkatan Laut AS. Kami mendekati level tersebut dalam model kami dan kemudian harus mengembangkan proses pengujian.
Angkatan Laut Swedia telah menutup MDC dan membangun Diving and Naval Medicine Center (DNC), sebuah fasilitas penelitian penyelaman baru di Karlskrona di Swedia selatan. Fasilitas ini memungkinkan penyelaman manusia hingga kedalaman 525 kaki (160 meter) di ruang waterpot dan pengujian alat bantu pernapasan tanpa awak hingga kedalaman 656 kaki (200 meter). Tempat ini juga memiliki kolam renang, kolam renang dalam dan luar ruangan, sekolah selam, dan bagian pengembangan teknis dan peneliti terkait. Ini adalah lokasi yang sempurna untuk penyelaman validasi kami.
Kami melakukan 163 kali penyelaman pada profil yang berbeda dan mempelajari gejala dan skor gelembung, USG 2D jantung, dan audio Doppler. Kami berhasil memvalidasi tabel, yang akan diimplementasikan akhir tahun ini.
Ke mana Anda melihat penelitian penyelaman dalam 10 tahun ke depan?
We haven’t really started addressing ergonomics in diving — not just breathing ergonomics, but also the man–machine interface. I think that will be the challenge for the next decade or so.
Anda berada di Rebreather Forum 4, di mana kami berbicara tentang kecelakaan dan kematian dan bagaimana hal itu masih terjadi pada tingkat yang mengganggu. Apa pendapat Anda tentang hal itu?
Saya pikir penyelam rebreather menjadi lebih umum, dan saya melihat risikonya adalah penyelam rebreather sekarang kurang terlatih dan kurang berpendidikan. Mereka mengalami kemajuan dalam pelatihan terlalu cepat, terlalu jauh, dan terlalu cepat.
Penyelaman rebreather sangat kompleks dengan interaksi canggih antara kedokteran dan teknologi. Saya bahkan melihat para insinyur khusus yang seharusnya memahami konsep-konsep mendasar seperti kompresi dan termodinamika. Tetapi mereka bahkan membutuhkan waktu lama untuk memahami konsep-konsep mendasar, seperti tekanan parsial oksigen yang konstan (pO2) versus fraksi oksigen konstan atau metabolisme oksigen. Penyelam pada umumnya mungkin akan mengalami lebih banyak kesulitan untuk memahami konsep-konsep rumit tersebut. AD
© Penyelam Siaga - Q3 2023