Bezzałogowe statki powietrzne lub bezzałogowe statki powietrzne są często używane do zadań uznanych za zbyt niebezpieczne dla tradycyjnego nadzoru powietrznego - na przykład mapowania kry lodowych w Arktyce lub monitorowania pożarów lasów w Kalifornii. Ponieważ są stosunkowo tanie, małe, przenośne i zwrotne pod chmurami, drony zostały szeroko rozpowszechnione w badaniach geograficznych, katastrofach środowiskowych, nadzorze i nagrywaniu obrazów. Jednak w ciągu ostatnich kilku lat ulepszona zdolność wykrywania wzorców, uzyskiwania danych w czasie rzeczywistym i wykrywania przeszkód sprawia, że te latające roboty są idealne do przenoszenia niektórych niezwykle cennych ładunków: narządów ludzkich.
Joseph Scalea, asystent profesora chirurgii na University of Maryland Medical Center, rozpoczął testowanie dronów wyposażonych w chłodnice i bioczujniki, które mogą monitorować zdrowie narządu podczas podróży lotniczej - pierwszy tego typu projekt w ciągu ostatnich 65 lat transportu narządów. Scalea złożył wniosek o patent na swoją technologię „Ludzki aparat monitorujący narządy do dalekich podróży” (HOMAL), który mierzy właściwości biofizjologiczne (temperatura, ciśnienie, wibracje, wysokość) narządu. To urządzenie, wraz z platformą online z GPS narządami, umożliwia lekarzom i szpitalom wyświetlanie lokalizacji i stanu narządu w czasie rzeczywistym, prawie jak dostawa pizzy lub serwis samochodowy Uber. Podczas gdy nauka o transplantacji jest prawdopodobnie ewoluującą dziedziną, projekt Scalea przenosi stanowisko badawcze do łóżka, zwiększając w ten sposób żywotność próbek krwi i tkanek, które muszą być szybko przetaczane na odległości setek tysięcy mil.
Zanim jednak UAV transport narządów może stać się rzeczywistością kliniczną, pozostają jednak poważne przeszkody. Jakie ewentualne zastrzeżenia etyczne będą dawcy, pacjenci lub ich lekarze wymyślić, aby wysłać organ na niedronionego drona? Czy narząd pogorszy się podczas lotu? W jaki sposób szpitale i przemysł lotniczy przyjmą napływ bezzałogowych robotów latających w ograniczonej przestrzeni powietrznej kraju? Wreszcie, kto będzie pociągnięty do odpowiedzialności, jeśli dron nie dostarczy swojego organu do zamierzonego odbiorcy na czas, czy w ogóle?
Kiedy pacjent potrzebuje narządu, liczy się każda sekunda. W chirurgii ten krytyczny okres nazywany jest zimnym niedokrwieniem: czas między schłodzeniem narządu po zmniejszeniu dopływu krwi do czasu jego ogrzania przez przywrócenie dopływu krwi. Od momentu usunięcia z ciała tkanka zaczyna się pogarszać, co sprawia, że szybki transport staje się priorytetem. Ale obecny system pobierania nerki lub serca z punktu A do punktu B obejmuje złożoną sieć kurierów i samolotów komercyjnych - co oznacza częste opóźnienia, brak połączenia, a nawet utratę narządów.
Około 33 000 zmarłych narządów jest przeszczepianych i transportowanych co roku w USA. Po usunięciu od dawców, wątroby, serca, oczy, śledziony i inne części ciała są starannie pakowane i konserwowane na lodzie (proces ten może potrwać do dwóch godzin), zanim podróż rozpoczynają od szeregu kurierów. Najpierw organy muszą zostać przetransportowane na lotnisko, gdzie czekają na lot komercyjny (może to potrwać do 10 godzin), a następnie do podmiotów zajmujących się bagażem, które ładują organy innymi ładunkami; często drugi lot czarterowy (helikopter) zabiera narządy do szpitala docelowego, gdzie są one rozładowywane przez osoby zajmujące się obsługą i przetrzymywane w celu pobrania krwi i biopsji, zanim zostaną ponownie przeniesione przez kuriera do banku krwi narządów, gdzie chirurg może ostatnio je odzyskaj.
Cały proces trwa zwykle 24 godziny (co nie uwzględnia opóźnień na asfalcie) i kosztuje średnio 6000 USD, podczas gdy lot czarterowy - bardziej powszechny środek transportu narządów potrzebujących latania między szpitalami w różnych miastach - może przekroczyć 40 000 $. Technologia Scalea zapewnia znaczną oszczędność czasu i kosztów podróży: biorąc pod uwagę całkowitą odległość na przykład 1000 mil, a dron lecący z prędkością 200 mil na godzinę (połowa prędkości samolotów komercyjnych), organ można przenieść ze szpitala A do szpitala B w pięć godzin, z dwiema godzinami na każdym końcu do pakowania i przeszczepu, eliminując w ten sposób ponad 50 procent czasu podróży. Obecny system, z licznymi połączeniami i możliwościami opóźnień, sprawia, że dostarczanie narządów przez drony jest realną alternatywą, szczególnie w przypadkach, gdy biorca narządu znajduje się tysiące mil od swojego dawcy.
Scalea codziennie zmaga się z wyzwaniami związanymi z transportem narządów, przedsięwzięciem, w którym stawką jest często życie lub śmierć. „Jako chirurg uwielbiam móc mówić ludziom, że mają jeszcze 10 lat życia”, wyjaśnia. „Dowiedzieć się, że nie mogę tego zrobić, ponieważ na przykład organ nie zdążył na lot łączący, jest to poza zdrowym rozsądkiem.” Scalea postanowił opracować alternatywę. Wiedział, że technologia już istnieje; prawdziwym wyzwaniem było kultywowanie strategicznych relacji - z inżynierami, producentami, inwestorami, klinicystami i prywatnymi przewoźnikami lotniczymi - w celu przezwyciężenia ogromnej logistyki przenoszenia części ciała z jednego miejsca na świecie do drugiego. „Transport narządów to moja pasja i moja misja” - mówi chirurg. „Ponowne wprowadzanie innowacji stało się moim celem kariery”.
Trzy lata temu Scalea skontaktował się z Wydziałem Inżynierii Uniwersytetu Maryland i zabrał się do budowy prototypu wraz z technologią, która pozwoliłaby lekarzowi i kontrolerowi drona monitorować status narządu w powietrzu. Zespół wybrał DJI M600 Pro do eksperymentu, ponieważ jego sześć silników leży bezpośrednio pod ich odpowiednimi wirnikami, co oznacza, że wirniki są trzymane z dala od inteligentnego przedziału chłodnicy. Takie oddzielenie zapewniłoby, że organ zostałby oszczędzony od wszelkiego ciepła wytwarzanego przez silniki drona. Podczas marszu 2018 r. Podczas lotu próbnego o długości trzech mil użyto prawdziwych narządów i dokładnie monitorowano od startu do lądowania; po podróży lotniczej nie wykazywali problemów fizjologicznych.
Zespół stanął przed kilkoma początkowymi wyzwaniami - uczynić drona wystarczająco małym, aby nie zwiększał ciężaru ładunku, i ocenić, czy zmiany wysokości wpłyną na żywotność narządów. (Okazuje się, że narządy, podobnie jak płetwonurkowie, mogą cierpieć na „zakręty”, gdy zbyt szybko wznoszą się na wysokość.) Oprócz testów statycznych na ziemi - upewniając się, że komunikacja między aplikacją, platformą IT i urządzeniem jest bezpieczny - Scalea również ocenił swój prototyp w różnych temperaturach i siłach wibracyjnych. Przyszłe testy będą próbowały przewidzieć funkcję narządów w zmieniającym się otoczeniu.
W tym samym czasie Scalea pracował nad rozwojem swojej prywatnej firmy Transplant Logistics and Informatics i nawiązał formalne partnerstwo z United Network for Sharing Organ, organizacją non-profit, która zarządza krajowym systemem przeszczepów narządów.
Rozpoczął także dialog z Federalną Administracją Lotniczą (FAA), organem zarządzającym, który może ostatecznie decydować o losie dostarczania organów z pomocą dronów. Obecnie prawo lotnicze ogranicza lot drona do wysokości mniejszej niż 400 stóp nad ziemią, z prędkością 100 mil na godzinę lub mniej, i nakazuje latanie dronów w linii wzroku - czyli z widoczną ścieżką między UAV a kontrolerami .
Prawo niekoniecznie musi ulec zmianie w najbliższej przyszłości, ponieważ FAA stosuje obecnie określone zwolnienia dla dronów, ale bardziej szczegółowy zestaw przepisów może być potrzebny, jeśli organy dostarczające drony staną się normą. Chociaż dron użyty w eksperymencie Scalei przeleciał zaledwie półtorej mili z powrotem, zespół stara się przesunąć na większe odległości (średni lot narządów między szpitalami w USA wynosi około 400 mil) i odpowiednio zaprojektować swoje modele. Następny krok? Przeprowadzanie rzeczywistego przeszczepu przy użyciu dostarczania dronów - według Scalea może to być wyczyn, który może być możliwy za mniej niż dekadę.
To urządzenie, wraz z platformą online z GPS narządami, umożliwia lekarzom i szpitalom wyświetlanie lokalizacji i stanu narządu w czasie rzeczywistym. (Joseph Scalea) Ponieważ UAV stają się rzeczywistością w ruchu miejskim, jednym z kluczowych (i wcale nie trywialnych) wyzwań jest powstrzymanie dronów przed wpadaniem na inne obiekty: samoloty w powietrzu, pieszych na ziemi, ptaki lub budynki gdzieś pomiędzy. Z technicznego punktu widzenia oznacza to przejrzysty projekt zarówno maszyny, jak i jej misji. Dron używany do dostarczania nerki między dwoma szpitalami w tym samym mieście może wyglądać zupełnie inaczej niż na przykład do transportu krwi z Kolumba do Cleveland; wymagania dotyczące masy i mocy będą się różnić w zależności od ładunku, odległości i prędkości lotu, które wszystkie muszą zostać zdefiniowane na początku.
Wiatr i widoczność stanowią dodatkowe komplikacje dla dronów, które obecnie nie mogą latać przez lód lub zachmurzenie - problemy mechaniczne, które są ogromne, ale nie do przezwyciężenia, według Jima Gregory'ego, profesora inżynierii mechanicznej na Ohio State University i dyrektora University Research Aerospace Research Center . Gregory specjalizuje się w skrzyżowaniu aerodynamiki i dronów, obszarze badań obejmującym wszystko, od planowania ścieżki dronów w porywistym wietrze do kontroli sytuacyjnej na ziemi.
Podczas testowania bezzałogowych statków powietrznych Gregory (który w wolnym czasie lubi również pilotować samoloty) podkreśla trzy kluczowe czynniki: zdolność do wykrywania i unikania przeszkód, utrzymania solidnego połączenia kontrolnego między dronem a operatorem naziemnym oraz zdolność do weryfikacji autonomia maszyny - czyli dowodzenie bezpieczeństwa autonomicznego systemu. „Jest dobry argument na dostarczenie narządów przez drony” - mówi. „To, co sprawia, że jest łatwiejsze niż, powiedzmy, pomysł dostarczania paczek lotniczych przez Amazon, polega na tym, że dron dostarczający narządy będzie podróżował z jednego dobrze kontrolowanego środowiska do innego dobrze kontrolowanego środowiska”, wyjaśnia. Rzeczywiście, szpitale są już wyposażone w lądowiska dla helikopterów, które mogą przyjmować UAV zawierające narządy, a duża część infrastruktury do dostarczania jest już gotowa.
Najnowszy projekt Gregory'ego obejmuje odcinek powietrza o długości 33 mil podróżujący przez przestrzeń powietrzną w Columbus, Ohio. „Stworzyliśmy rodzaj korytarza dla bezpiecznego ruchu UAV”, mówi. Ta autostrada na niebie, finansowana przez Departament Transportu Ohio, może wkrótce służyć jako wyznaczona ścieżka dla dronów; istnieje nadzieja, że bardziej można go opracować wspólnie z urbanistami.
W tym celu kontrolerzy naziemni będą informowani przez cały czas podróży drona, co może kiedyś stanowić system „bezzałogowego sterowania ruchem statków powietrznych”. Obecnie większość dronów zgłasza swoją pozycję na pokładzie GPS - podobnie jak systemy wykorzystywane przez powietrze Kontrola ruchu samolotów komercyjnych. Ale kiedy ludzie podróżują 35 000 stóp nad Ziemią, FAA monitoruje również nasz statek za pomocą radaru: transponder wielokrotnie rozgłasza swoją lokalizację za pośrednictwem czegoś o nazwie Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B). Oczywiście nadzór nad dronami FAA to nowa granica, która bez wątpienia zostanie poważnie przedyskutowana na konferencji FAA w Baltimore w czerwcu tego roku. „Nie wiem, czy FAA dokładnie określiło sposób działania nadzoru dronów” - mówi Gregory. „Niektórzy są zwolennikami ADS-B, ale system może zostać przeciążony, jeśli latać będzie tak wiele dronów.”
W perspektywie krótkoterminowej, UAV dostarczające narządy Scalei mogą skrócić czas zimnego niedokrwienia i poprawić wskaźnik przeżycia izolowanych pacjentów oczekujących na przeszczep narządu; w perspektywie długoterminowej mogą pomóc nam zmaksymalizować przydział narządów - to znaczy zlikwidować ograniczenia geograficzne nałożone obecnie na narządy, tak aby mogły one dotrzeć w dowolnym miejscu i czasie - niezbędne dla rozwoju puli dawców narządów na całym świecie.
„Przyszłość jest bliższa niż nam się wydaje” - mówi Scalea.
