Беспилотные летательные аппараты, или БЛА, часто используются для задач, которые считаются слишком опасными для традиционного наблюдения с воздуха - например, для картирования ледяных льдов в Арктике или для мониторинга лесных пожаров в Калифорнии. Поскольку они являются относительно дешевыми, небольшими, портативными и маневренными в облачном покрове, беспилотные летательные аппараты широко использовались при географических съемках, экологических катастрофах, наблюдении и записи изображений. Однако за последние несколько лет улучшенная способность обнаруживать закономерности, получать данные в режиме реального времени и обнаруживать препятствия делает этих летающих роботов идеальными для перевозки необычайно ценных грузов: человеческих органов.
Джозеф Скалея, доцент кафедры хирургии в Медицинском центре Университета Мэриленда, начал тестирование беспилотных летательных аппаратов, оснащенных кулерами и биосенсорами, которые могут следить за здоровьем органа во время его воздушного полета, - это первая конструкция такого типа за последние 65 лет транспортировки органов. Скалея подала заявку на патент для своей технологии «Аппарат для мониторинга органов человека для дальних путешествий» (HOMAL), который измеряет биофизиологические свойства (температура, давление, вибрация, высота) органа. Это устройство вместе с онлайн-платформой, в которой есть орган GPS, позволяет врачам и больницам в режиме реального времени просматривать местоположение и состояние органа, почти как доставка пиццы или автосервис Uber. В то время как наука о трансплантации является, возможно, развивающейся областью, проект Scalea переносит исследовательский стенд к постели, тем самым увеличивая жизнеспособность образцов крови и тканей, которые необходимо быстро отобрать на расстояниях в сотни тысяч миль.
Однако прежде чем БПЛА транспортировка органов станет клинической реальностью, остаются некоторые существенные препятствия. Какие этические возражения, если таковые имеются, будут у доноров, пациентов или их врачей в отношении идеи посылки органа на беспилотный беспилотник? Ухудшится ли орган во время полета? Как больницы и авиационная отрасль смогут справиться с наплывом беспилотных летающих роботов в ограниченном воздушном пространстве страны? Наконец, кто будет нести ответственность, если дрон не доставит свой орган предполагаемому получателю вовремя или вообще?
Когда пациенту нужен орган, важна каждая секунда. В хирургии этот критический период известен как холодная ишемия: время между охлаждением органа после того, как его кровоснабжение было уменьшено, и временем, когда он нагревается восстановлением кровоснабжения. С того момента, как он выводится из организма, ткани начинают разрушаться, что делает ускоренную транспортировку приоритетом. Но нынешняя система доставки почки или сердца из пункта А в пункт Б включает в себя сложную сеть курьеров и коммерческих самолетов, что означает частые задержки, пропущенные связи, даже потерянные органы.
Приблизительно 33 000 умерших органов пересаживаются и перевозятся каждый год в США. После извлечения из доноров печень, сердце, глаза, селезенка и другие части тела тщательно упаковываются и сохраняются на льду (процесс, который занимает до двух часов), до они начинают свое путешествие с ряда курьеров. Сначала органы должны быть доставлены в аэропорт, где они ожидают коммерческого рейса (это может занять до 10 часов), затем к перевозчикам багажа, которые загружают органы другим грузом; часто второй зафрахтованный рейс (вертолет) доставляет органы в больницу назначения, где они выгружаются грузоотправителями и удерживаются для забора крови и биопсии, прежде чем они снова доставляются курьером в банк крови органов, где хирург может последний их получить.
Весь процесс обычно занимает 24 часа (и это не учитывает задержки на асфальте) и стоит в среднем 6000 долл. США, в то время как чартерный рейс - более распространенный вид транспорта для органов, которым нужно лететь между больницами в разных городах - может превысить 40 000 долларов. Технология Scalea обещает существенную экономию времени и средств: например, при общей дальности полета 1000 миль и дроне, летящем со скоростью 200 миль в час (половина скорости коммерческого самолета), орган может быть перемещен из больницы А в больницу B за пять часов, с двумя часами на каждом конце для упаковки и трансплантации, тем самым устраняя более 50 процентов времени в пути. Таким образом, существующая система с ее многочисленными связями и возможностями для отсрочки делает беспилотную доставку органов реальной альтернативой, особенно в тех случаях, когда получатель органа находится в тысячах миль от своего донора.
Scalea ежедневно борется с проблемами переноса органов - мероприятие, в котором ставки часто сводятся к жизни или смерти. «Как хирург, я люблю говорить людям, что им осталось жить еще 10 лет», - объясняет он. «Узнать, что я не могу этого сделать, например, из-за того, что орган пропустил стыковочный рейс, выходит за рамки здравого смысла». Скалея был полон решимости разработать альтернативу. Он знал, что технология уже существует; реальная задача заключалась в том, чтобы развивать стратегические отношения - с инженерами, производителями, инвесторами, клиницистами и частными авиаперевозчиками - чтобы преодолеть огромную логистику доставки частей тела из одной точки земного шара в другую. «Перевозка органов - это моя страсть и моя миссия», - говорит хирург. «Внедрение новых технологий стало целью моей карьеры».
Три года назад Скалея обратился к инженерному факультету Университета Мэриленда и приступил к созданию прототипа, а также технологии, которая позволила бы как врачу, так и диспетчеру дрона контролировать состояние органа на его воздушной трассе. Команда выбрала DJI M600 Pro для своего эксперимента, потому что его шесть двигателей лежат непосредственно под соответствующими роторами, а это означает, что роторы находятся далеко от интеллектуального холодильного отсека. Такое разделение гарантирует, что орган будет избавлен от любого тепла, генерируемого двигателями дрона. Реальные органы использовались во время трехмильного испытательного полета в марте 2018 года и тщательно контролировались от взлета до посадки; у них не было никаких физиологических проблем после их воздушного путешествия.
Перед командой стояла пара начальных проблем - сделать беспилотник достаточно маленьким, чтобы он не увеличивал полезную нагрузку, и оценить, повлияет ли изменение высоты на жизнеспособность органа. (Оказывается, что органы, подобно аквалангистам, могут испытывать «изгибы», когда они слишком быстро поднимаются на высоту.) В дополнение к статическим испытаниям на земле - обеспечение связи между приложением, ИТ-платформой и устройством безопасный - Скалея также оценил свой прототип при различных температурах и вибрационных силах. Будущие тесты будут пытаться предсказать функцию органа в изменяющихся условиях.
В то же время Скалея работал над развитием своей частной компании Transplant Logistics and Informatics и установил официальное партнерство с Объединенной сетью по обмену органами, некоммерческой организацией, которая управляет системой пересадки органов в стране.
Он также начал диалог с Федеральной авиационной администрацией (FAA), руководящим органом, который в конечном итоге может решить судьбу доставки органов с помощью дронов. В настоящее время авиационное законодательство ограничивает полет беспилотного самолета до высоты менее 400 футов над землей со скоростью 100 миль в час или менее и предписывает, что беспилотники летают на линии прямой видимости, то есть с видимой траекторией между БПЛА и диспетчерами.,
Закон не обязательно должен быть изменен в ближайшем будущем, так как FAA в настоящее время управляет определенными отказами от беспилотных летательных аппаратов, но может потребоваться более конкретный набор правил, если органы, доставляющие беспилотники, становятся нормой. Хотя беспилотник, использованный в эксперименте Скалеи, вылетел всего в полутора милях и обратно, команда рассчитывает развернуться на более длинные расстояния (средний полет органов между больницами в США составляет около 400 миль) и соответствующим образом разработать свои модели. Следующий шаг? По словам Скалеи, выполнение реальной трансплантации с использованием доставки дронов - подвиг, который может стать возможным менее чем за десять лет.
Устройство вместе с онлайн-платформой с функцией GPS органов позволяет врачам и больницам в режиме реального времени просматривать местоположение и состояние органа. (Джозеф Скалея) Поскольку БПЛА становятся реальностью городского движения, одной из ключевых (и не совсем тривиальных) задач является предотвращение столкновения дронов с другими объектами: самолетами в воздухе, пешеходами на земле, птицами или зданиями где-то между ними. С инженерной точки зрения это означает четкую конструкцию как машины, так и ее предназначения. Дрон, используемый для доставки почек между двумя больницами в одном и том же городе, может сильно отличаться от того, который использовался для транспортировки крови из Колумбуса в Кливленд, например; Требования к весу и мощности будут различаться в зависимости от полезной нагрузки, расстояния и скорости полета, которые должны быть определены в самом начале.
Ветер и видимость создают дополнительные сложности для беспилотных летательных аппаратов, которые в настоящее время не могут летать сквозь лед или облачный покров - механические проблемы, которые являются огромными, но не непреодолимыми, по словам Джима Грегори, профессора машиностроения в Университете штата Огайо и директора Центра аэрокосмических исследований университета, Грегори специализируется на пересечении аэродинамики и беспилотных летательных аппаратов, области исследований, которая включает в себя все, начиная от планирования траектории беспилотника в порывистом ветровом окружении и заканчивая ситуационной осведомленностью.
При летных испытаниях беспилотных летательных аппаратов Грегори (который также любит пилотировать самолеты в свободное время) подчеркивает три важнейших фактора: способность обнаруживать и избегать препятствий, поддерживать надежную контрольную связь между беспилотником и наземным оператором и способность проверять автономность машины, то есть доказательство безопасности автономной системы. «Есть хороший повод для доставки органов дроном», - говорит он. «Что проще, чем, скажем, идея доставки авиационных пакетов Amazon, так это то, что беспилотник, доставляющий органы, будет путешествовать из одной хорошо контролируемой среды в другую хорошо контролируемую среду», - объясняет он. Действительно, больницы уже оснащены вертолетными площадками, которые могут принимать органосодержащие БПЛА, и большая часть инфраструктуры для доставки уже существует.
Последний проект Грегори включает в себя 33-мильную полосу воздуха, которая проходит через воздушное пространство в Колумбусе, штат Огайо. «Мы создали своего рода коридор для безопасного движения БПЛА», - говорит он. Эта магистраль в небе, финансируемая Министерством транспорта штата Огайо, может вскоре стать назначенным путем для беспилотников; надежда состоит в том, что больше похоже на это может быть разработано в сочетании с градостроителями.
С этой целью наземные диспетчеры будут оставаться в курсе на протяжении всего полета беспилотника, что может когда-нибудь составить систему «управления беспилотным воздушным судном». В настоящее время большинство беспилотников сообщают о своем местоположении с помощью бортового GPS - подобно системам, используемым в воздухе. -транспортный контроль для коммерческих самолетов. Но когда люди путешествуют на 35 000 футов над Землей, FAA также контролирует наше судно с помощью радара: ретранслятор неоднократно передает свое местоположение через нечто, называемое автоматической зависимой трансляцией наблюдения (ADS-B). Конечно, слежка за беспилотниками FAA - это новый рубеж, который, несомненно, будет обсуждаться всерьез на конференции FAA в Балтиморе в июне этого года. «Я не знаю, что FAA точно определило, как будет работать наблюдение за беспилотниками», - говорит Грегори. «Некоторые выступают за ADS-B, но система может стать перегруженной, если вокруг будет летать так много дронов».
В краткосрочной перспективе беспилотные летательные аппараты Scalea могут сократить время холодной ишемии и повысить выживаемость изолированных пациентов, ожидающих пересадки органов; в долгосрочной перспективе они могут помочь нам максимизировать распределение органов, то есть устранить географические ограничения, в настоящее время накладываемые на органы, с тем чтобы они могли перемещаться куда угодно в любое время, что крайне важно для расширения пула доноров органов по всему миру.
«Будущее более неизбежно, чем мы все думаем», - говорит Скалея.
