Bezpilotní vzdušná vozidla neboli UAV se často používají pro úkoly považované za příliš nebezpečné pro tradiční letecký dohled - například mapování ledových ker v Arktidě nebo monitorování lesních požárů v Kalifornii. Protože jsou relativně levné, malé, přenosné a ovladatelné pod oblačností, byly drony rozsáhle rozmístěny v geografických průzkumech, ekologických katastrofách, sledování a zaznamenávání obrazu. V posledních několika letech však díky vylepšené schopnosti detekovat vzorce, získávat data v reálném čase a detekovat překážky činí tyto létající roboty ideální pro dopravu nějakého mimořádně vzácného nákladu: lidských orgánů.
Joseph Scalea, pomocný profesor chirurgie na University of Maryland Medical Center, zahájil testování dronů vybavených chladiči a biosenzory, které mohou sledovat zdraví orgánů během jeho letecké cesty - první návrh svého druhu za posledních 65 let transportu orgánů. Scalea požádal o patent na svou technologii „Monitorování lidských orgánů pro dálkový cestování“ (HOMAL), která měří biofyziologické vlastnosti (teplota, tlak, vibrace, výška) orgánu. Toto zařízení spolu s online platformou, která obsahuje orgánové GPS, umožňuje lékařům a nemocnicím zobrazit polohu a stav orgánu v reálném čase, téměř jako donáška pizzy nebo autoservis Uber. Zatímco transplantační věda je patrně se vyvíjejícím oborem, projekt Scalea posouvá výzkumnou lavici k lůžku, čímž zvyšuje životaschopnost vzorků krve a tkání, které je třeba rychle shepherded na vzdálenosti stovek tisíc kilometrů.
Předtím, než se UAV přeprava orgánů stane klinickou realitou, přetrvávají některé významné překážky. Jaké etické námitky, pokud existují, budou mít dárci, pacienti nebo jejich lékaři k myšlence poslat orgán na nepilotovaného drona? Zhorší se orgán během letu? Jak přizpůsobí nemocnice a letecký průmysl příliv bezpilotních létajících robotů do omezeného vzdušného prostoru země? Kdo bude konečně odpovědný, pokud dron nedodá svůj orgán zamýšlenému příjemci včas nebo vůbec?
Když pacient potřebuje orgán, záleží na každé vteřině. V chirurgii je toto kritické období známo jako studená ischémie: doba mezi ochlazováním orgánu po snížení jeho krevního zásobení a doba, po kterou je zahřát obnovením jeho krevního zásobení. Od chvíle, kdy je tkáň odstraněna z těla, se tkáň začíná zhoršovat a prioritou je rychlý transport. Ale současný systém získání ledvin nebo srdce z bodu A do bodu B zahrnuje komplexní síť kurýrů a komerčních letadel - což znamená častá zpoždění, zmeškané spojení, dokonce i ztracené orgány.
Asi 33 000 mrtvých orgánů je v USA každoročně transplantováno a přepravováno. Jakmile jsou jímci, srdce, oči, sleziny a další části těla odstraněny z dárců, jsou pečlivě zabaleny a uchovány na ledu (proces, který trvá až dvě hodiny), před začnou svou cestu řadou kurýrů. Nejprve musí být orgány dopraveny na letiště, kde čekají na komerční let (to může trvat až 10 hodin), poté k manipulátorům zavazadel, kteří nakládají orgány jiným nákladem; často druhý charterový let (vrtulník) odvádí orgány do cílové nemocnice, kde jsou vykládány obsluhovateli a drženy pro odběr krve a biopsii, než jsou znovu přesunuty kurýrem do banky krevních orgánů, kde může chirurg naposledy je načíst.
Celý proces obvykle trvá 24 hodin (a to nezohledňuje zpoždění na asfaltu) a stojí v průměru 6 000 USD, zatímco charterový let - běžnější způsob dopravy pro orgány, které potřebují létat mezi nemocnicemi v různých městech - může přesahují 40 000 $. Technologie Scalea slibuje dramatické cestování a úsporu nákladů: vzhledem k celkové cestovní vzdálenosti například 1 000 mil a dronu létajícímu rychlostí 200 mil za hodinu (poloviční rychlost než komerční letadlo) lze orgán přesunout z nemocnice A do nemocnice B během pěti hodin, se dvěma hodinami na obou koncích pro balení a transplantaci, čímž se eliminuje více než 50 procent doby cestování. Současný systém s četnými souvislostmi a příležitostmi ke zpoždění dělá z dronů dodání orgánů životaschopnou alternativou, zejména v případech, kdy je příjemce orgánů tisíce kilometrů od svého dárce.
Scalea se denně potýká s problémy s transportem orgánů, což je podnik, v němž jsou sázky často život nebo smrt. "Jako chirurg ráda říkám lidem, že budou žít ještě dalších 10 let, " vysvětluje. „Dozvědět se, že to nemohu udělat, protože například orgán zmeškal svůj spojovací let, je nad zdravý rozum.“ Scalea byla rozhodnuta vyvinout alternativu. Věděl, že tato technologie již existuje; skutečnou výzvou bylo kultivovat strategické vztahy - s inženýry, výrobci, investory, klinickými lékaři a soukromými leteckými dopravci - s cílem překonat hroznou logistiku získávání části těla z jednoho místa na světě do druhého. "Transport orgánů je moje vášeň a moje poslání, " říká chirurg. "Jeho inovace se stala mým profesním cílem."
Před třemi lety Scalea oslovila Katedru inženýrství University of Maryland a zahájila práci na vývoji prototypu spolu s technologií, která umožní lékaři i dronovi kontrolovat stav orgánu na jeho vzdušné trase. Tým vybral pro svůj experiment DJI M600 Pro, protože jeho šest motorů leží přímo pod příslušnými rotory, což znamená, že rotory jsou daleko od inteligentního chladicího prostoru. Toto oddělení by zajistilo, že orgán bude ušetřen veškerému teplu vytvářenému motorem robota. Skutečné orgány byly použity během třímílového zkušebního letu v březnu 2018 a pečlivě sledovány od vzletu do přistání; po své letecké cestě nevykazovali žádné fyziologické problémy.
Tým čelil několika počátečním výzvám - udělat robota tak malého, aby nepřispěl k užitečnému zatížení významné váhy a posoudil, zda změny nadmořské výšky ovlivní životaschopnost orgánů. (Ukazuje se, že orgány, stejně jako potápěči, mohou trpět „ohyby“, když stoupají do nadmořské výšky příliš rychle.) Kromě statického testování na zemi - ujistěte se, že komunikace mezi aplikací, IT platformou a zařízením je bezpečné - Scalea také posuzoval jeho prototyp při různých teplotách a vibračních silách. Budoucí testy se budou snažit předpovídat funkci orgánů v měnícím se prostředí.
Současně Scalea pracoval na rozvoji své soukromé společnosti Transplant Logistics and Informatika a navázal formální partnerství s United Network for Sharing Sharing Organisation, neziskovou organizací, která řídí národní systém transplantace orgánů.
Začal také dialog s Federální leteckou správou (FAA), řídícím orgánem, který může nakonec rozhodnout o osudu dodání orgánů pomocí dronů. Letecký zákon v současné době omezuje let dronů na méně než 400 stop nad zemí rychlostí 100 mil za hodinu nebo méně, a pověřuje, aby se drony létaly na dohled - to znamená s viditelnou cestou mezi UAV a kontroléry .
Zákon se nemusí nutně změnit v nejbližší budoucnosti, protože FAA v současné době spravuje stanovené výjimky pro drony, ale pokud se stanou normou orgány poskytující drony, může být zapotřebí konkrétnější sada předpisů. Ačkoli dron použitý v Scaleaově experimentu letěl jen kilometr a půl a zpět, tým hledá fázi na delší vzdálenosti (průměrný orgánový let mezi nemocnicemi v USA je asi 400 mil) a podle toho navrhuje své modely. Další krok? Provádění skutečné transplantace pomocí podávání dronů - čin, který může být podle Scalea možný za méně než deset let.
Zařízení spolu s online platformou, která obsahuje orgánové GPS, umožňuje lékařům a nemocnicím sledovat polohu a stav orgánu v reálném čase. (Joseph Scalea) Když se UAV stávají realitou městského provozu, jednou z klíčových (a ne zcela triviální) výzvou je zabránit dronům vběhnout do jiných objektů: letadla ve vzduchu, chodci na zemi, ptáci nebo budovy někde mezi nimi. Z technického hlediska to znamená jasný design stroje i jeho poslání. Dron používaný k dodání ledvin mezi dvěma nemocnicemi ve stejném městě může vypadat velmi odlišně od té, která se používá například k přenosu krve z Columbusu do Clevelandu; požadavky na hmotnost a výkon se budou lišit v závislosti na užitečném zatížení, vzdálenosti a rychlosti letu, které musí být definovány na začátku.
Větr a viditelnost představují další komplikace pro drony, které v současné době nemohou prolétat ledem nebo zakalením - mechanické problémy, které jsou impozantní, ale nepřekonatelné, uvádí Jim Gregory, profesor strojního inženýrství na Ohio State University a ředitel univerzitního leteckého výzkumného centra. . Gregory se specializuje na průnik aerodynamiky a bezpilotních letounů, což je oblast výzkumu, která zahrnuje vše od plánování cesty dronů v prudkém větrném prostředí až po situační povědomí o pozemní kontrole.
Při testování letových UAV Gregory (který si ve svém volném čase také užívá pilotování letadel) zdůrazňuje tři klíčové faktory: schopnost detekovat a vyhýbat se překážkám, udržovat robustní kontrolní spojení mezi dronem a pozemním operátorem a schopnost ověřovat autonomie stroje - to znamená, že se prokazuje bezpečnost autonomního systému. "Je třeba udělat dobrý důvod pro doručování orgánů dronem, " říká. "Co usnadňuje, než řekněme, myšlenku společnosti Amazon na dodávku leteckých balíčků, je to, že dron dodávající orgány cestuje z jednoho dobře kontrolovaného prostředí do jiného dobře kontrolovaného prostředí, " vysvětluje. Nemocnice jsou již vybaveny helipadami, které mohou přijímat UAV nesoucí orgány, a velká část infrastruktury pro dodání je již na místě.
Nejnovější projekt Gregoryho zahrnuje 33 kilometrový úsek vzduchu, který prochází vzdušným prostorem v Columbusu v Ohiu. "Vytvořili jsme jakýsi koridor pro bezpečný provoz UAV, " říká. Tato dálnice na obloze, financovaná ministerstvem dopravy Ohio, by mohla brzy sloužit jako stezka pro drony; naděje je, že spíš to může být vyvinuto ve spojení s urbanisty.
Za tímto účelem zůstanou pozemní dispečeři po celou dobu cesty dronů informováni o tom, co by jednoho dne mohlo vytvořit systém „bezpilotního řízení letadel“. V současné době většina dronů hlásí svou polohu palubní GPS - podobně jako systémy používané ve vzduchu - kontrola provozu komerčních letadel. Ale když lidé cestují 35 000 stop nad Zemou, FAA také monitoruje naše plavidlo pomocí radaru: transpondér opakovaně vysílá svou polohu prostřednictvím něčeho, co se nazývá automatické závislé sledovací vysílání (ADS-B). Dohled dronů FAA je samozřejmě novou hranicí a ten, o kterém se bezpochyby bude debatovat na konferenci FAA v Baltimoru letos v červnu. "Nevím, že FAA přesně definovala, jak bude dronový dohled fungovat, " říká Gregory. "Někteří zastánci ADS-B, ale systém by se mohl přetížit, kdyby kolem létalo tolik robotů."
V krátkodobém horizontu mohou UAV dodávající orgány Scalea zkrátit dobu chladné ischemie a zlepšit míru přežití izolovaných pacientů čekajících na transplantaci orgánů; z dlouhodobého hlediska nám mohou pomoci maximalizovat alokaci orgánů - tj. odstranit geografická omezení, která jsou v současné době kladena na orgány, aby mohly kdykoli jít kamkoli - zásadní pro expanzi fondů dárců orgánů po celém světě.
„Budoucnost je bezprostřednější, než si všichni myslíme, “ říká Scalea.
