Медицина
Технології
Медицина
Технології

Доктор Робот. На що здатні сучасні медичні роботи?

Ми часто могли бачити, як у фантастичних фільмах роль лікарів частково або повністю замінили роботи. Вони діагностують хвороби, назначають лікування, проводять операції та зцілюють хворих за лічені години. На те вони й фільми, щоби перебільшувати та вражати, так?

Інколи реальність може дивувати не менше. Хоч ми не часто бачимо у своїй буденності медичних роботів, проте вже зараз є величезна кількість їхніх видів. Nauka.ua пропонує ознайомитися із деякими функціями, які сьогодні виконують роботи в медицині.

Наділяти хірургів нелюдською точністю

Найбільшу відомість здобули роботи-хірурги, зокрема, найпопулярніша з них роботизована система da Vinci, яку зараз використовують у 64 країнах. Їхня конструкція з механічними руками, які з неприродною точністю справляються з проведенням операції над сплячим тілом пацієнта, найбільше нагадують медичних роботів із фантастичних фільмів.

Робота з роботизованою системою da Vinci / Robotic Gizmos

Робота з роботизованою системою da Vinci / Robotic Gizmos

Вони дають змогу проводити хірургічне втручання з мінімальним травмуванням тканин, знизити ризик інфікування як пацієнта, так і лікаря, скоротити період відновлення пацієнта та й косметичний ефект у результаті виходить кращий. А багато таких роботів оснащені ще й режимом доповненої реальності, що не так давно точно вважали б за фантастику.

Хоч ми зазвичай уявляємо медичного робота як самокеровану машину, і від думки про робота зі скальпелем багатьом стає моторошно, наразі вони є радше асистентами хірургів, оскільки ними однаково керує людина. Лікар-хірург сидить за консоллю, де виводиться зображення тканин пацієнта, та керує рухами своїх рук механічними руками робота, які забезпечують кращу точність проведення маніпуляцій, зокрема, через усунення природного тремтіння рук. Рука такого металевого хірурга точно не здригнеться та не забуде якийсь інструмент всередині пацієнта після 20 годин безперервної операції.

Нещодавно вчені Массачусетського технологічного інституту створили робота-маніпулятора, який може допомогти лікарям проводити втручання навіть на мікроскопічному рівні — з такою точністю, що людям не властива.

Звісно, медичні роботи допомагають рятувати життя, але деякі з них виконують і менш серйозні операції. Наприклад, трансплантують волосся тим, кому його не вистачає, як це робить робот Artas.

Робот Artas проводить трансплантацію волосся / Control Farayand Pasargad

Робот Artas проводить трансплантацію волосся / Control Farayand Pasargad

Проводити мікроманіпуляції зсередини організму

Мова йде про медичних мікророботів. Зараз на них покладають великі надії, хоч поки що їх не використовують в медицині. Але вчені проводять чимало досліджень, щоб це змінити. Вони вірять, що крихітних роботів можна використовувати для прицільного доставлення ліків до конкретних органів чи тканин, для тривалої реєстрації показників організму, для діагностування хвороб та навіть для проведення хірургічних втручань на рівні окремих клітин.

Вчені зі США нещодавно перевірили на тваринах таку можливість доставлення ліків за допомогою мікророботів, розміром менших за міліметр. Вони створені з біосумісних полімеру та металу й можуть бути навантажені лікувальними препаратами. У дослідах науковці ввели їх через задній прохід у кишечник мишей та за допомогою зовнішніх магнітів направили до конкретного місця травного тракту. Там вони залишилися і поступово вивільняли препарат, який слугував ліками.

NAUKA.UA

А корейські вчені створили мікророботів, які можуть з’єднувати окремі нейрони у ланцюги. Поки що in vitro, але це може допомогти краще вивчати захворювання на кшталт хвороби Альцгеймера. А в майбутньому, можливо, ми застосовуватимемо їх для відновлення уражених нервів, наприклад, травм спинного мозку чи наслідків нейродегенеративних хвороб.

2016 року німецькі науковці навіть запропонували застосовувати мікророботів для штучного запліднення. По суті вони розробили крихітні спіральні моторчики, які приєднуються до хвоста кволих сперматозоїдів та прискорюють їх, штовхаючи до яйцеклітин. А цьогоріч команда дослідників припустила, що біогібрид сперматозоїд-мікромотор може навіть доставляти препарати по кровотоку проти течії. Це стало б у пригоді для знищення тромбів у судинах, наприклад.

Мікромотор допомагає сперматозоїду запліднити яйцеклітину. Mariana Medina-Sánchez et al / Nano Letters, 2016

Мікромотор допомагає сперматозоїду запліднити яйцеклітину. Mariana Medina-Sánchez et al / Nano Letters, 2016

Це лише декілька із сотень наукових досліджень, присвячених розвитку медичної мікроробототехніки. Тому цілком ймовірно, що вже невдовзі мікророботи відкриють шлях до якісно нової, неінвазивної та персоналізованої медицини.

Обстежувати ваші органи

Ендоскопічне дослідження, коли порожнини тіла обстежуються лікарем за допомогою гнучких трубок із камерами, які вводять через природні отвори, дуже часто проводиться в медицині. Здебільшого процедура супроводжується неприємними відчуттями для пацієнта й пов’язана з певним ризиком пошкодження тканин, тому науковці працюють над тим, щоби мінімізувати дискомфорт та ризики. З цим непогано справляються роботи-ендоскопи.

Тому якщо побачите лікаря з геймпадом у руках, не спішіть бити тривогу, що медики бавляться на робочому місці. Можливо, він проводить обстеження за допомогою робота-ендоскопа, як-от Monarch Platform. У цього робота керування гнучкою трубкою із камерою та інструментом для біопсії, яка вводиться в бронхи пацієнта, здійснюється контролером. А він дуже схожий на ті, що створені для гри у відеоігри. Це не примха - завдяки такому керуванню значно зростає акуратність рухів лікаря.

Лікар проводить бронхоскопію за допомогою Monarch Platform / Auris Health

Лікар проводить бронхоскопію за допомогою Monarch Platform / Auris Health

Інший робот-ендоскоп, якого нещодавно презентували, теж має камеру та ще й щипці, але може навіть самостійно лізти завдяки гусеничним приводам на боках. Щоправда, пролізає він із протилежного боку від Monarch — через задній прохід. Це робот-колоноскоп, чиє покликання — обстежити прямий і товстий кишечник із максимально можливим комфортом для пацієнта. Британські вчені теж створили такого. Щоправда, їхня роботизована система використовує алгоритм штучного інтелекту та магніти зовні тіла обстежуваного, за допомогою яких вони переміщують ендоскоп вздовж кишечника.

Здебільшого ендоскопію проводять із метою діагностики захворювань, але китайські дослідники розробили прототип робота, який зможе лікувати виразки шлунка зсередини органа. Робити він це буде друкуючи епітеліальними та м’язовими клітинами шлунка безпосередньо на рану. Поки що технологію не перевіряли на тваринах, але досліди in vitro показали обнадійливі результати.

Прототип робота всередині моделі людського шлунка / Tsinghua University

Прототип робота всередині моделі людського шлунка / Tsinghua University

Хоча роботи-ендоскопи зараз є досить вартісним задоволенням, науковці вважають, що майбутнє ендоскопії саме за ними.

Допомагати реабілітуватися

На жаль, деякі важкі хвороби призводять до того, що пацієнта на довгий час приковує до ліжка. В особливо важких випадках люди в процесі реабілітації після хвороби буквально вчаться знову ходити. Щоби полегшити їм завдання, розробляють спеціальних роботів. Вони можуть бути відносно простими та розминати кінцівки лежачих пацієнтів, як робот ROBERT.

Демонстрація роботи робота ROBERT на моделі / Pinterest

Демонстрація роботи робота ROBERT на моделі / Pinterest

Але бувають і складні роботизовані екзоскелети, як в Ekso Bionics. Вони допомагають пацієнтам знову ходити: можуть просто підтримувати поставу або ж самостійно ініціювати ходьбу, водночас рівень допомоги можна налаштовувати на кожну кінцівку окремо.

Екзоскелет Ekso Bionics. Ekso Bionics / YouTube

Окрім цього є чимала кількість роботів-інвалідних крісел, роботів-тренажерів та інших, які частково (а інколи й повністю) можуть замінити послуги реабілітолога.

До речі, минулого року вчені сповістили про перший випадок, коли паралізований чоловік знову почав ходити за допомогою екзоскелету, керованого силою думки. Але це вже історія для іншого матеріалу.

Полегшувати роботу медикам

Робота медичних працівників буває дуже виснажливою. Це особливо стало помітно під час пандемії коронавірусу. Але саме цей час якнайкраще показав, що вже зараз роботи готові взяти на себе значну частину обов’язків медичних працівників. Наприклад, у деяких країнах, щоб убезпечити співробітників від зараження коронавірусом, використовують мультифункціональних роботів. Вони вимірюють температуру людей на вулиці та в лікарнях, стежать, щоби люди носили маски, розповідають про карантинні умови та виявляють підозрілі ознаки в голосі чи вигляді людей.

Схожого робота створили й інженери Массачусетського технологічного інституту. Вони модифікували робопса Spot від компанії Boston Dynamics та перетворили його на мобільного лікаря, який обстежує пацієнтів з підозрою на COVID-19. Потрійні камери, які до нього прилаштували, дають змогу з точністю вимірювати температуру пацієнтів, визначати частоту їхнього дихання та насиченість крові киснем на відстані до двох метрів. Розробники планують приставити таких роботів до важких пацієнтів для тривалого моніторингу їхнього стану. Так лікарі зможуть стежити за інфікованими, не контактуючи із ними безпосередньо.

Інші роботи, які побачили світ внаслідок пандемії, за потреби самостійно візьмуть у вас мазок із носа, щоби протестувати його на SARS-CoV–2. Розробники кажуть, що вони проводять процедуру на 10 хвилин швидше за людей.

А такі роботи, як TRINA дають змогу медикам виконувати рутинні завдання на кшталт доставлення їжі та ліків до палат пацієнтів, керуючи ними дистанційно. Інші ж, як Moxi, можуть і самі асистувати лікарям і медсестрам, наприклад, доставляти ліки, відносити аналізи чи змінювати білизну в палатах. Завдяки цьому медики мають змогу краще зосередитися на роботі з пацієнтами.

Робот Moxi / Moxi

Робот Moxi / Moxi

У пригоді також виявилися роботи-лаборанти, які сортують тисячі аналізів за день та роботи-дезінфектори, які самостійно знезаражують простір. Вони стали особливо популярні через пандемію.

Робот-дезінфектор знезаражує приміщення. The Robot Report

Робот-дезінфектор знезаражує приміщення. The Robot Report

Звісно, категорій медичних роботів є значно більше, кожна з яких варта окремої статті. Наприклад, роботи-компаньйони, які покращують настрій пацієнтів у лікарнях, роботи-масажисти або ж роботи-діагности. Сучасне різноманіття роботизованих медичних помічників та їхній стрімкий розвиток говорить про те, що ми вже зовсім близько до технологій, які поки що вважаються вигадкою фантастів, як і сучасні роботи колись сприймалися неможливими.

Роботи не тільки роблять людське життя простішим, беручи на себе частину наших обов’язків, а ще й стають схожими на людей. Вони вже навіть можуть відчувати біль та запам’ятовувати, що його спричинило. Про те, як роботів навчають бачити, чути та відчувати навколишній світ, читайте у нашому матеріалі “Як роботи дивляться на світ, яке вино їм смакує та чому Ілон Маск знову проти всіх”.