Роботы начали свою карьеру в медицине по современным меркам довольно давно. В 1985 году в ходе операции на головном мозге хирургам помогал промышленный манипулятор PUMA 200 от компании Unimation. Он использовался для точного позиционирования трубки, по которой вводилась игла. Надо сказать, что операция завершилась успешно, однако производитель запретил использовать устройство в медицине, опасаясь репутационных издержек. Впрочем, уже в 1986 году инженер William Bargar и ветеринар Howard Paul на базе IBM начали проектировать специализированного медицинского робота под названием ROBODOC, который помогал проводить эндопротезирование суставов.
Сегодня в распоряжении медиков имеется целая армия разнообразных роботов, автоматов и гаджетов, которые способны помогать хирургам проводить операции, брать анализы, ухаживать за пациентами и делать большой объем другой необходимой работы.
Предлагаем рассмотреть, какими технологиями робототехника представлена в медицине.
Роботы-хирурги
Прогнозируется, что объем мирового рынка хирургических роботов к 2030 году достигнет отметки в $18 млрд. Согласно выводам аналитиков Grand View Research, среднегодовой рост отрасли в ближайшие 8 лет достигнет 19%.
Если говорить о хирургических роботах, то здесь невозможно пройти мимо автомата daVinci. Сегодня он считается золотым стандартом в хирургии. Фактически он объединяет понятия «робота» и «медицинского инструмента», который помогает в операциях, но остается полностью под контролем хирурга.
Роботизированная система daVinci позволяет хирургам выполнять операции с безупречной точностью и минимальным вмешательством. Это ведет к снижению риска появления опасных кровотечений и инфекций, а также способствует скорейшему процессу заживления. Робот-манипулятор daVinci существует уже довольно долго, но разработчики продолжают совершенствовать технологию.
Несколько крупных технологических компаний также работают над созданием похожих роботизированных систем.
Еще одна новая интересная разработка – четырехрукий хирургический робот, разработанный учеными швейцарского исследовательского института EPFL. Он управляется руками и ногами специалиста.
Манипуляторы могут взаимодействовать точными хирургическими инструментами, такими как скальпель или ретрактор, а также удерживать второстепенное оборудование – захват или камеру.
Робот для эндоскопии
Эндоскопия – довольно противная процедура, когда миниатюрная камера вводится в организм для обследования тканей на наличие опухолей, повреждений или признаков заболевания. Однако благодаря роботизированным решениям эндоскопия может стать не такой неприятной.
Специальные гибкие и тонкие роботы, которыми управляет врач, уже способны перемещаться внутри организма человека практически не причиняя неудобств. Они готовы осуществлять медицинские операции, такие как взятие биопсии или прижигание ран.
Сенсорные роботизированные протезы
В последние годы сфера протезирования переживает настоящую революцию. Разработчики стараются не только создать замену утраченной конечности, но и расширить ее функциональность там, где природа не дала этой возможности. Так, например, в лаборатории MIT исследователи создали роботизированные конечности, способные с помощью гироскопов корректировать свое положение 750 раз в секунду.
Ученые также разработали бионическую кожу и нейронную имплантационную систему, которую научили взаимодействовать с нервной системой человека. Это позволяет пациентам не только получать тактильную обратную связь от протезной системы, но и контролировать ее с такой легкостью, словно это настоящая рука.
Одна из новейших разработок в области бионики – протез Mia Hand. Это первое клиническое бионическое приспособление, оснащенное ИИ-модулем и подключенное непосредственно к нервной и скелетной системам. По заверениям медиков, использование протеза вернуло человеку 80% повседневного использования живой руки, а также уменьшило фантомные боли.
Роботизированные экзоскелеты
Роботизированные экзоскелеты стали настоящим прорывом в медицинской сфере. Уже сейчас они помогают вставать на ноги даже парализованным людям, а также способствуют реабилитации после повреждений спинного мозга или черепно-мозговых травм.
Важно отметить, что на сегодняшний день активно идут разработки в области нейронных интерфейсов. Это означает, что мы находимся на пороге создания экзоскелетов, которые будут управляться напрямую сигналами из мозга. В ближайшем будущем экзоскелеты, контролируемые мозгом, станут доступными для широкого круга пациентов, как для лечения, так и для улучшения мобильности здоровых людей.
Так, например, ученые из Швейцарии разработали новый спинной имплант, который помогает парализованным людям вставать, ходить, плавать и ездить на велосипеде. Устройства на базе ИИ пересылают сигналы от головного мозга напрямую в нервные клетки ног, заставляя их двигаться.
Кроме классических экзоскелетов, ученые разработали бионическую одежду с технологией Cionic Neural Sleeve под управлением искусственного интеллекта. Она позволяет улучшить мобильность, подвижность и качество жизни людей с такими болезнями, как рассеянный склероз, инсульт, церебральный паралич и многие другие. Электродные накладки, вшитые в одежду, стимулируют движение различных групп мышц, усиливая их и позволяя людям больше двигаться.
Дезинфицирующие роботы
Проблема больничных инфекций остается вызовом для системы здравоохранения. Более того, в последние годы становится все больше бактерий резистентных к антибиотикам.
Новые дезинфицирующие роботы представляют собой весьма эффективное решение. Они автоматически посещают палаты после выписки пациентов и запускают обработку помещения мощными ультрафиолетовыми лучами. Такой подход гарантирует высокую степень дезинфекции без риска человеческих ошибок. Роботы эффективно борются с устойчивыми к антибиотикам бактериями, но и предостерегают от возможных инфекций медицинский персонал.
Роботизированная биопсия
Проектная команда MURAB разработала роботизированную систему, которая позволяет проводить точные процедуры биопсии с минимальным вмешательством.
Суть этой системы заключается в объединении технологий МРТ и УЗИ. Сначала система сканирует участок тела при помощи УЗИ-датчика, прикрепленного к манипулятору. Затем она объединяет полученные данные с предварительными МРТ-изображениями, создавая трехмерную модель на мониторе. После этого система определяет местоположение иглы относительно участка тела, обеспечивая высочайшую точность и контроль.
Миниатюрные роботы для работы внутри организма
Миниатюрные роботы спроектированы для точной доставки лекарств и терапии в определенные области организма. Такие инновации могут быть использованы, например, для узконаправленного облучения опухолей или для минимизации побочных эффектов от препаратов, когда медикамент доставляется только к конкретным органам.
Также, есть технологии, позволяющие запустить в организм армию мини-ботов, которые готовы физически устранить бактерии без использования антибиотиков.
По мнению экспертов, технологии мини-роботов, работающих внутри организма, имеют большие перспективы.
Роботы-медсестры
Медсестры – выполняют значительное количество важной работы, но зачастую однообразной работы. В таких ситуациях на помощь приходят роботы-медсестры, представляющие собой эффективные системы, способные выполнять разнообразные медицинские задачи. По оценкам специалистов Diligent Robotics, медсестры тратят около 30% времени на логистику лекарств, анализов и расходных материалов. Это время медсестры не могут уделить внимания пациентам.
Роботы-медсестры умеют измерять температуру, давление и другие важные показатели здоровья пациентов, вносить информацию в медицинские записи и следить за состоянием пациентов. Они становятся ценными помощниками в рутинных задачах, таких как перевозка медицинского оборудования или забор крови. Это позволяет медсестрам сосредотачиваться на более важных и сложных аспектах ухода за пациентами, улучшая качество медицинской помощи.
В США робот-медсестра Moxi уже приступила к работе. Он умеет транспортировать различные предметы и материалы, разносить лекарства пациентам и сдавать образцы в лабораторию для анализа. Автомат оснащен роботизированной рукой и специальными отсеками для перевозки грузов.
Устройство получает доступ к электронной базе данных пациентов больницы. Благодаря этому, Moxi легко ориентируется в месторасположении пациентов и графике медицинских процедур. Также робот способен говорить с больными и оказывать им психологическую помощь.
Лабораторные роботы
Роботы активно внедряются в медицинские лаборатории, где они совершенствуют процессы анализа и диагностики. Автоматизация, которую они предоставляют, существенно увеличивает скорость и точность выполнения анализов, а также сокращает количество ошибок.
Примером применения роботов является проведение ускоренных анализов крови. Два робота могут обрабатывать около 3000 образцов крови в день, выполняя по 7-8 пробирок в минуту.
Стартап Automata разработал программное и аппаратное обеспечение Automata 2.0 для автоматизации научных лабораторий по всему миру. Информационный комплекс состоит из облачного программного обеспечения LINQ, которое помогает пользователям интегрировать приборы, разрабатывать, планировать и запускать различные рабочие процессы.
Роботы-компаньоны
Роботы-компаньоны – интеллектуальные устройства, улучшающие качество жизни больных, пожилых или умственно отсталых людей. Многие из таких пациентов нуждаются в регулярных осмотрах и помощи.
Устройства не только обеспечивают физическую помощь, но и создают положительную эмоциональную связь, помогая пользователям чувствовать себя ценными и не одинокими. На данный момент существует довольно много действующих роботов-компаньонов.
Так, например, робот-компаньон ElliQ с искусственным интеллектом способен общаться с пожилыми людьми. Пилотный проект, проведенный в Нью-Йорке, показал, что гаджет снижает уровень одиночества на 95%.
Робот может инициировать разговоры, предлагать занятия и запоминать то, что ему говорят пользователи. Социальный робот также способен записывать воспоминания о жизни в цифровое хранилище мемуаров и делиться ими с семьей и друзьями.
Робот-массажер
Шанхайский стартап Flexiv представил роботизированный массажный комплекс для SPA-салонов и оздоровительных центров. Новая система использует роботизированную «руку» Rizon 4, преимущества искусственного интеллекта, компьютерного зрения и обратной связи для регулирования усилий. Робот может воздействовать на определенные области спины человека и оснащен мягким силиконовым массажным инструментом на конце.
Обучающие роботы
Использование специализированных обучающих роботов в медицинских учебных заведениях представляет собой важный шаг в современном образовании врачей. Устройства позволяют студентам приобретать и усовершенствовать медицинские навыки в контролируемой и безопасной среде.
Один из главных аспектов – возможность многократной практики. Студенты могут проводить процедуры и действия на роботах неограниченное число раз, что позволяет им уверенно овладевать навыками и повышать качество обучения. Кроме того, это снижает риск ошибок, связанных с неопытностью.
Робот-фармацевт
Робот-фармацевт способен заменить человека в аптечном пункте. Он выдает лекарственные средства по запросу покупателей. Подобные роботы уже успешно функционируют в различных местах США и Европы. Эти инновационные устройства получили разрешение на использование в больницах, что упрощает доступ к необходимым лекарствам и медицинским средствам.
Роботы также нашли свое место в производственных процессах фармацевтических компаний, где они способны выполнять многие операции, не требующие творческого мышления, более эффективно и точно, чем человек.
Вывод
Это лишь короткий и далеко не полный рассказ о современных инновационных технологиях, которые внедряются в медицину прямо сейчас. Многие из представленных технологий сегодня существуют в качестве экспериментальных моделей либо ввиду своей высокой стоимости доступны небольшому кругу людей. Однако, роботы действительно способны коренным образом изменить медицину, а также сделать процессы лечения и оздоровления более эффективными.
Робототехника постепенно становится неотъемлемой частью системы здравоохранения. Ожидается, что в ближайшие годы темпы роста мирового рынка медицинской робототехники будут составлять 15,8% ежегодно, а его стоимость к 2030 году превысит $23,6 млрд.
