出品：电动星球News
作者：毓肥
用一个成语来形容美国的新冠肺炎疫情，那肯定是「一骑绝尘」。

截止至我们发稿，美国境内累计确诊病例已经达到了近 37 万例，死亡人数接近 1.1 万，而且暂时还看不到好转的趋势。
但今天，美国人民得到了一个来自汽车界的好消息——马斯克半个月之前承诺的特斯拉牌呼吸机，在当地时间 6 号正式量产成功了。当时推特上那些「省省吧，让真正懂行的人来搞」的言论，到现在不攻自破。
特斯拉官方把他们呼吸机的基本原理做成了一个 4 分钟不到的短视频，视频里的工程师难掩疲惫，但依然能让人体会到他们的成就感：

消息出街之后，美国网友们的反应相当热烈。
有人用马斯克的名言总结：「Panic is dumb, engineering is magic（引用特斯拉的不慌梗和马斯克的工程至上原则）」

更多的网友用了「amazing」，只为第一时间表达赞叹：

还有一众 Model 3 车主表示很开心自己的车可以拯救病人，「我以后对 Model 3 的屏幕刮目相看」：


最让马斯克教徒们惊喜的，是特斯拉牌呼吸机的绝大部分零件，均来自于 Model 3。这让部分美国网友「马斯克要来破坏呼吸机产业」的论点就地崩塌——但特斯拉到底是怎么做到的？

历时 15 天的工程魔法，救美国于水火之中？

第一次看到马斯克给「特斯拉牌呼吸机」定调，是在 3 月 22 号，马斯克发了一条推特：「刚刚和美敦力公司（全球最大的医疗器械公司之一）工程团队开了个会，讨论了一下最新的呼吸机技术，他们的团队让我印象非常深刻！」

然后下面马斯克粉丝和持反对意见的网友立马开始论战，粉丝们纷纷惊叹「太牛逼了」，而部分网友则认为「你可消停会儿吧」。


当时的我们，自然无法预见到特斯拉仅仅用了两个星期就把设计照进现实。但如果站在今天看过去，那么特斯拉的工程团队一定熬了很多个夜晚，才将图纸变成产品。
举一个例子，视频中出现的设计图已经是「V6.3 版本」，那意味着特斯拉呼吸机已经经过了 5 次基本逻辑上的大改动，还有不知道多少次的微调。

另一个重点是这张设计图的颜色。灰色的部分都是气流，比如进气、过滤后的气体、升温/降温/调速后的气流等等。蓝色的部分是医用标准的部件，比如 HEPA 过滤器（又叫海帕过滤器，由叠片状硼硅微纤维制成，可以去除空气中 99.97% 以上的 0.3 微米颗粒）、加湿器等等。
而所有橙色的部件，都来自特斯拉，具体点就是来自 Model 3。这意味着特斯拉呼吸机的机械部件几乎没有产能问题。
如果纽约工厂在 4 月中旬完全复工，而特斯拉决定先将产能用于呼吸机，马斯克大概率有能力满足纽约州的呼吸机缺口（纽约州州长科莫称整个纽约州预计 4 月底之后达到疫情高峰，呼吸机届时缺口将会达到 1.8 万台）。
从另一个方面说，就是特斯拉摇身一变，成为了美国乃至全球医疗器械产业中的新生力量。这当然不意味着特斯拉以后要进军这个市场，可是在疫情全球爆发的环境下，多一个帮手的意义不言而喻。
想要知道为什么特斯拉能在半个月之内给出最终产品，我们就从这些橙色的部件说起。

Model 3 车主的旅途伴侣，可能是美国人民的生命支柱

先用一句话总结一下特斯拉呼吸机的基本原理：以 Model 3 的空调系统部分零件作为呼吸阀/过滤器，中控娱乐系统作为控制器和显示媒介。
先来说说呼吸阀。
根据特斯拉负责 HVAC（Heating, Ventilation and Air Conditioning 的英文缩写，就是供热通风与空气调节）的高级主管 Joseph Mardall 介绍，特斯拉的呼吸机是「通过高压和容量控制，将气体压进病人的肺中，接着病人会被动呼气出来。」

这意味着特斯拉造的呼吸机，首先是定压型机械辅助呼吸机（CMV），起码视频中现实的 V6.3 版本还是——定压型 CMV 的特点是输送气体到肺内，当压力达到预定数值后，气流即终止，让患者肺部被动呼气，适用于呼吸还能保持自主的中轻症患者。
然而 Joseph 的介绍里还有一个词是「容量」，这意味着特斯拉呼吸机同时还做到了定容型 CMV 的技术特点。定容型 CMV 的特点是需临床医生设定峰流速、流量模式、潮气量、呼吸频率、呼气末正压、吸入氧分数等具体数据，适用于呼吸已经不能自主的重症患者。
更详细的细节，我们可以再回到这张白板正中间，有一个长方形橙色方块，里面写着「PRV」。PRV，具体点应该写成 PRVCV（压力调节容积控制通气pressure—regulated volume control ventilation， 是一种压力控制，时间、流速或压力触发，压力限制，时间切换的通气模式），是定压和定容有机融合的运作方式。

同时做到定压和定容，意味着特斯拉呼吸机，理论上已经可以应对目前新冠肺炎患者由轻症到重症的呼吸需求，当然目前最先进的呼吸机还有更细分的功能，比如双水平气道正压(BIPAP)、适应性支持通气(ASV)等等技术，这里就不展开了。
了解完特斯拉呼吸机的性质，现在来看看运作过程。
首先，满足医用要求的空气（由医院提供）首先会进入一个 Mixing Chamber 混合室（这个混合室是来自 Model 3 上的部件，下文提到的机械部件均如此），这个混合室就是呼吸机的「潮气室」。

紧接着，空气会通过一系列制造压力波形和容积波形的阀体。
根据 V6.3 版结构图，这些阀体主要是 EXV 和 SOV。EXV 指的是电子膨胀阀，electronic expansion valve ，电子膨胀阀是一种可按预设程序进入制冷装置的制冷剂流量的节流元件，主要用于制冷系统。

SOV 则是螺线管阀（solenoid value）分类里面的螺线管气控阀，螺线管气控阀是一种开关，运送空气给气控原件，也就是视频中介绍到的「空气将会通过一系列的感应器」。
感应器主要包括压力感应器、流速感应器，然后气流最终进入患者的肺部。然后在呼吸过程中再通过呼气阀调节患者肺部的气压，使其保持在正值。

上文的技术解析相当枯燥，总结起来就是特斯拉成功将 Model 3 的 HVAC 系统部分元件，打造成了满足医用需求，甚至满足重症患者需求的呼吸机。但除了负责呼吸过程的部件，特斯拉还需要给呼吸机打造一个可以显示信息、允许医护操作的媒介。
于是 MCU2 和 Model 3 标志性的 15.6 英寸触控屏幕登场了。它们共同组成了特斯拉牌呼吸机的显示/控制部分。MCU2 负责控制原本 Model 3 内部的多个车辆控制器，车辆控制器则负责控制各个阀门。

可能有朋友会提出疑问：「用于车辆娱乐系统的 MCU 可以满足医用需求吗？」我们也有这个疑问，然后找了一下答案。
想要知道医用电子器械的半导体芯片需求，我们首先得看看大佬是怎么玩的。这里引用一下全球最大的医疗半导体芯片供应商德州仪器的数据。我们直接找医疗半导体的「杀手级应用」——造影设备里面的大头——CT 机专用 MCU 产品。
德州仪器目前针对 CT 机的 MCU 产品线里面，定位最高的是 AM5726，基于 28 纳米工艺制造，采用了 4 个ARM Cortex-A15 架构的处理核心，2 个 Cortex-M4 超低功耗协处理核心，最高支持 2GB的 DDR3 运行内存。搭配德州仪器的专用 DSP，最高支持 4K 分辨率，15fps 帧率的 CT 实时造影解码/编码。

简单总结一下就是，德州仪器目前针对 CT 领域最高级别的控制器，其理论性能还停留在 2014 年消费级掌上设备的水平。当然这不代表医疗设备门槛低，恰恰相反，医疗设备的技术门槛不在于控制器，而是体现其医疗效果的具体仪器本身。
但我们可以根据德州仪器的技术文档得出结论：医疗设备对控制器的理论算力要求不高。基于英特尔 2017 年 4 核心凌动处理器打造的特斯拉 MCU2，完全可以胜任呼吸机控制器的职责。
除此以外，作为一个做惯了冗余的汽车厂商，特斯拉给呼吸机也配备了一套冗余系统，包括一个氧气瓶、一个压缩机，还有一个备用电池。这套冗余系统可以大概保证系统正常运行 20-40 分钟。

所有的机械部件（包括控制器），在连接上病人呼吸系统并正常工作之后，会在 Model 3/Y 的中控屏幕上显示出具体的压力、流速和气压图表。高亮度、高分辨率、超窄边框，这可能是目前最帅的呼吸机屏幕了。

从运作到操作，特斯拉牌呼吸机已经拥有了足够高的可用性。同时我们还要认识到，目前横亘在它与患者之间的，是特斯拉呼吸机能否参加美国相关的医学检测，并最终被判定符合医疗标准。
但我们还是要感叹一句：不愧是车企。

「现代工业皇冠上的明珠」的真正意义是什么？

自从 1 月份新冠肺炎疫情爆发以来，我们已经看到了很多车企改造生产线的消息。比如比亚迪、五菱等车企迅速将生产线改造成口罩专用，并且有效保证了疫情期间的口罩需求。

但为什么是车企反应最快？
有一种论点是比较有信服力的：汽车工业，是目前民用产品里面迄今为止规模最大、最为复杂的领域。一辆汽车涉及上万个零件，光控制器就可以有几十个，需要长时间运动的部件更多。
更严格的，是汽车需要满足可能是民用产品中最严格的运行条件，才能上市销售。比如运行温度需要横跨零下数十度到零上数十度（这里没有详细列出是因为不同的汽车部件运行温度不同），运行环境包括铺装/非铺装路段，能攀山能涉水，等等。
适应最严苛的使用条件，同时还拥有越低越好的维护成本，这近乎不可能的任务最终被汽车工业实现，所以它才成为了现代工业的明珠。
有朋友会认为航天企业同样符合条件，的确，比如波音公司也表示可以造呼吸机。但航天企业是商用产品，维护成本一点都不低，事实上航天企业从来都是烧钱的主儿，对价格并不敏感。
上文提到的要素，让汽车工业拥有可能是各部门最严谨的生产管理，和最灵活的调整能力。现代工业的生产模式载体——流水线，就来自汽车工业。
这一次特斯拉将 Model 3 零部件再创造变身呼吸机，首先应该归功于特斯拉工程团队的殚精竭虑，但汽车行业本身包罗万象精益求精的特点，也同样值得重视。用一句流行的装 X 术语来说，就是「know how」的能力。
两年前，哥伦比亚广播公司走进特斯拉生产车间，采访马斯克的时候，马斯克曾经对主持人说过：「我就是一个工程师，一个执着到疯狂的技术员」。
我们当年制作的视频翻译
当时的 Model 3 还没摆脱产能地狱，Model Y 还躺在设计图上，即使马斯克一再强调自己不是商人，类似的「特斯拉骗钱论」依然甚嚣尘上。
好在两年后马斯克成功击退了几乎所有质疑——唯一的质疑可能只剩「纯视觉路线」了——而两年前他的一句话，如今已经成为了特斯拉工业设计能力的有利佐证。这里引用一下，作为今天文章的结尾：
「科技就是魔法，或者说这个世界上最接近魔法的东西。小时候，《魔戒》是我最喜欢的书，如今现实世界中最接近巫师施法的事情，就是科技。」

（完）