Humanoidiniai robotai atlieka laparoskopinę chirurgiją

Du dviejų kojų robotai, kuriuos chirurgai valdė prie konsolės, tyliai įrodė tai, kas prieš dešimtmetį skambėjo kaip mokslinė fantastika: humanoidiniai robotai gali padėti gyvoje laparoskopinėje chirurgijoje. Veiksmas vyko priešklinikinėje operacinėje Kalifornijos universitete San Diege (UCSD), o pacientai buvo anestezuoti paršai, paruošti tulžies pūslės pašalinimui.

Maži instrumentai, dideli klausimai

Chirurginė robotika nėra naujovė. Sistemos su keliais robotinėmis rankomis ir chirurgo konsole naudojamos klinikinėje praktikoje jau keletą metų. Šiame eksperimente pasikeitė roboto kūno planas. Vietoje rankų klasterių, pritvirtintų prie vežimėlio, komanda naudojo nuotoliniu būdu valdomas humanoidines platformas: dvių kojų robotus, turinčius žmogaus pavidalo pasiekiamumą ir galimybę judėti erdvėse, sukurtose žmonėms.

UCSD komanda šioje galimybių studijoje uždavė praktinius klausimus. Ar humanoidiniai robotai sugebės atlikti subtilius, kartojamus raktelio dydžio operacijos uždavinius? Ar chirurgas gali sėdėti prie konsolės ir taip tiksliai valdyti robotus, kad būtų pašalinta tulžies pūslė? Ar humanoidinis formos faktorius palengvins ar trukdys darbui perpildytoje operacinėje?

Instrumentai kartais susidurdavo. Atsirado vėlinimas. Reikėjo pakartotinio pozicionavimo. Tai nuspėjami sunkumai, su kuriais susidūrė ir ankstyvosios robotinės platformos. Vis dėlto abi suplanuotos procedūros buvo užbaigtos. Vienoje operacijoje žmogaus ir roboto pora － humanoidinis robotas ir prie lovos esantis chirurgo asistentas － sėkmingai atliko laparoskopinę cholecistektomiją. Antroje operacijoje komanda trumpam įtraukė antrą humanoidą, kad padėtų procedūrai. Vienu atveju įvyko nedidelis kraujavimas, kuris greitai buvo suvaldomas.

Vienoje operacijoje žmogaus ir roboto komanda, sudaryta iš humanoidinio roboto ir chirurgo asistento, sėkmingai atliko tulžies pūslės pašalinimą.

Kaip komanda paruošė robotus

Niekas nebuvo skubintas. Projektas prasidėjo stalviršio bandymais, kuriais tikrinti smulkūs motoriniai įgūdžiai ir roboto gebėjimas valdyti chirurginius instrumentus. Chirurgai kiekvieną judesį prižiūrėjo ankstyvosiose fazėse, kalibruodami valdymą, vertindami jėgos grįžtamąjį ryšį ir tobulindami teleoperacijos sąsają. Tik kai žmogaus ir roboto komandos patikimai atliko neinertinius uždavinius, tyrėjai perejo prie gyvos audinio fazės bandymų.

Atliekant gyvas procedūras chirurgas dirbo nuo nuotolinės konsolės, o kitas specialistas liko prie gyvūno šono. Humanoidai atliko siuvimo judesius, audinių atitraukimą ir kruopščius audinių disekcijos veiksmus, reikalingus tulžies pūslės pašalinimui. Chirurgų teigimu pojūtis buvo panašus į esamų komercinių sistemų naudojimą, su numatytomis vėlinimo ypatybėmis ir poreikiu koreguoti veiksmus procedūros metu.

Žmogaus chirurgas valdymą vykdė nuo konsolės, o kitas gydytojas padėjo prie lovos.

Pasekmės už ligoninės ribų

Kodėl apskritai naudoti humanoidą? Dydis svarbus. Šios platformos užima mažiau grindų ploto nei didelės, rankomis paremtos sistemos ir jas lengviau transportuoti. Tai atveria naujus panaudojimo atvejus: nuotolinės klinikos, karo lauko medicina, stichinių nelaimių zonos ar net kosminės gyvenvietės. Nešiojamas humanoidinis chirurginis asistentas galėtų padidinti pajėgumus ten, kur trūksta kvalifikuoto personalo ar sterilios infrastruktūros.

„Tai gali leisti man ar kitiems chirurgams dirbti nuotoliniu būdu vietose, kur yra mažiau išteklių ir kur robotinės chirurgijos tikslumas būtų naudingas“, projekto aprašymuose sakė UCSD chirurgas Shanglei Liu. Komanda taip pat pabrėžė greitį: pirmosios robotinės chirurgijos kartos keliui nuo idėjos iki gyvų gyvūnų bandymų prireikė dešimtmečių, o šis humanoidinis projektas nuo koncepcijos iki operacinės įrodymo truko maždaug devynis mėnesius.

„Kiekvienąkart bandant naują technologiją jaučiamės tam tikru nervingumu“, sakė Ryan Broderick, chirurgas, pilotavęs humanoidą atliekant paršių operacijas. „Vis dėlto mums buvo komfortiška su sistema, kaip ji buvo išvystyta. Procedūrų metu reikėjo kalibruoti, bet tai yra normalu įrodymų koncepcijos modeliams.“

Broderick prie konsolės valdo humanoidinį robotą tulžies pūslės pašalinimo procedūros metu.

Mokslinis kontekstas ir tolesni žingsniai

Šie rezultatai yra galimybės demonstracija, ne tiesioginis planas skubiam klinikiniam diegimui. Prieš pereinant prie žmonių tyrimų, reikia kiekybiškai įvertinti patikimumą, sumažinti vėlinimą, sukurti patikimas saugos užraktų sistemas ir įveikti reguliavimo kelią. Reikės ilgalaikių tyrimų, kad būtų palyginti rezultatai, komplikacijų rodikliai ir kaštų efektyvumas lyginant su esamomis robotinėmis ir tradicinėmis technikomis.

Susijusios technologijos turės įtakos pažangai. Haptinio grįžtamojo ryšio tobulinimas, mažo vėlinimo ryšio sprendimai, dubliuotos saugos sistemos ir mašininio matymo palaikomas siuvimas gali sutrumpinti kelią nuo laboratorijos iki klinikos. Tuo pačiu metu reikės aiškių atsakymų į etinius klausimus dėl nuotolinio valdymo, atsakomybės ir autonomijos.

Eksperto įžvalga

„Iš kosminės medicinos perspektyvos patrauklumas akivaizdus: kompaktiškos, mobilios sistemos, galinčios teikti itin tikslią pagalbą ten, kur įgulos mažos ir sąlygos ribotos“, sakė dr. Maya Patel, hipotetinė vyresnioji inžinierė, dirbanti chirurginės robotikos ekstremalioms aplinkoms srityje. „Tačiau erdvė kelia specifinių iššūkių, pavyzdžiui signalų delsą ir radiacijos poveikį elektronikai. Norint pasisekti, telesurgeonija turės hibridinius sprendimus, kur laive veikianti autonomija ir žmogaus priežiūra dalijasi užduotimis.“

Išvada

UCSD tyrimas įrodo ne tik tai, kad humanoidiniai robotai gali būti nuotoliniu būdu valdomi ir atlikti tulžies pūslės pašalinimą gyvūnų modeliuose. Jis peržiūri chirurginės robotikos paradigmą, parodydamas, kad žmogaus pavidalo formos faktorius gali veikti žmonėms skirtose erdvėse ir galbūt praplėsti chirurginį pasiekimą į vietas, kurias sunku aprūpinti personalu ar pasiekti. Tolimesnis kelias bus tiek techninis, tiek reguliacinis, tačiau šis eksperimentas demonstruoja perspektyvią chirurginės inovacijos šaką: nešiojami humanoidiniai asistentai, galintys pakeisti vietas ir būdus, kur ir kaip atliekama chirurgija.

Feasibilumo tyrimas buvo paskelbtas žurnale Nature.