Vehiculele aeriene fără pilot sau UAV-urile sunt frecvent utilizate pentru sarcini considerate prea periculoase pentru supravegherea aeriană tradițională - cartografierea floturilor de gheață din Arctic, de exemplu, sau monitorizarea incendiilor forestiere din California. Deoarece sunt relativ ieftine, mici, portabile și manevrabile sub acoperire de nori, drone au fost dislocate pe scară largă în sondaje geografice, dezastre de mediu, supraveghere și înregistrare de imagini. În ultimii ani, cu toate acestea, capacitatea îmbunătățită de a detecta tiparele, de a obține date în timp real și de a detecta obstacole fac ca acești roboți zburători să fie ideali pentru transportul unor încărcături extraordinar de prețioase: organe umane.
Joseph Scalea, profesor asistent de chirurgie la Universitatea din Maryland Medical Center, a început să testeze drone echipate cu răcitoare și biosenzori care pot monitoriza starea de sănătate a unui organ pe parcursul călătoriei aeriene - primul design de acest gen în ultimii 65 de ani de transport de organe. Scalea a solicitat un brevet pentru tehnologia sa, „Organe de monitorizare a organelor umane pentru călătorii pe distanțe lungi” (HOMAL), care măsoară proprietățile biofiziologice (temperatura, presiunea, vibrațiile, altitudinea) unui organ. Acest dispozitiv, împreună cu o platformă online care oferă GPS pentru organe, permite medicilor și spitalelor să vizualizeze în timp real locația și starea organului, aproape ca o livrare de pizza sau un serviciu auto Uber. În timp ce știința transplantului este un domeniu în evoluție certă, proiectul Scalea duce baza de cercetare la noptiere, crescând astfel viabilitatea probelor de sânge și țesuturi care trebuie păstrate rapid pe distanțe de sute de mii de kilometri.
Cu toate acestea, înainte de transportul de organe UAV poate deveni o realitate clinică, rămân însă unele obstacole semnificative. Ce obiecții etice vor avea donatorii, pacienții sau medicii lor la ideea de a trimite un organ pe o dronă nepilotată? Organul se va deteriora în timpul zborului? Cum vor găzdui spitalele și industria aviației un aflux de roboți zburători fără pilot în spațiul aerian limitat al țării? În cele din urmă, cine va fi responsabil dacă un drone nu reușește să-și livreze organul destinatarului la timp sau deloc?
Când un pacient are nevoie de un organ, fiecare secundă contează. În chirurgie, această perioadă critică este cunoscută sub denumirea de ischemie rece: timpul dintre răcirea unui organ după ce s-a redus alimentarea cu sânge și timpul în care acesta se încălzește prin restabilirea aportului de sânge. Din momentul scoaterii din corp, țesutul începe să se deterioreze, făcând transportul rapid o prioritate. Dar sistemul actual de obținere a unui rinichi sau a unei inimi din punctul A în punctul B implică o rețea complexă de curieri și aeronave comerciale - adică întârzieri frecvente, conexiuni ratate, chiar organe pierdute.
Aproximativ 33.000 de organe decedate sunt transplantate și transportate în fiecare an în SUA Odată ce sunt scoase din donatori, ficatele, inimile, ochii, splina și alte părți ale corpului sunt ambalate cu grijă și păstrate pe gheață (proces care durează până la două ore), înainte își încep călătoria cu o serie de curieri. În primul rând, organele trebuie transportate la aeroport, unde așteaptă un zbor comercial (acesta poate dura până la 10 ore), apoi la manipulatorii de bagaje, care încarcă organele cu alte mărfuri; adesea, un al doilea zbor charter (un elicopter) duce organele la spitalul de destinație, unde sunt descărcate de către manipulatori și ținuți pentru prelevarea de sânge și biopsie, înainte de a fi mutați din nou prin curier la o bancă de sânge de organe, unde un chirurg poate ultima le-a preluat.
Întregul proces durează în mod obișnuit 24 de ore (și asta nu ține cont de întârzierile pe asfalt) și costă în medie 6.000 de dolari, în timp ce un zbor închiriat - modul de transport mai obișnuit pentru organele care trebuie să zboare între spitale din diferite orașe - poate depășește 40.000 de dolari. Tehnologia Scalea promite timp de călătorie și economii de costuri dramatice: având în vedere o distanță totală de călătorie de 1.000 de mile, de exemplu, și un drone care zboară la 200 de mile pe oră (jumătate din viteza aeronavei comerciale), un organ ar putea fi mutat de la spitalul A la spital B în cinci ore, cu două ore pe fiecare capăt pentru ambalare și transplant, eliminând astfel peste 50 la sută din timpul de călătorie. Sistemul actual, cu numeroasele sale conexiuni și oportunități de întârziere, face astfel livrarea cu dronă a organelor o alternativă viabilă, în special în cazurile în care un destinatar de organe se află la mii de kilometri de donatorul său.
Scalea se confruntă zilnic cu provocările transportului de organe, o întreprindere în care miza este adesea viață sau moarte. „În calitate de chirurg, îmi place să pot spune oamenilor că vor mai avea încă 10 ani să trăiască”, explică el. „A afla că nu pot face asta, deoarece un organ a ratat zborul său de conectare, de exemplu, este dincolo de bunul simț.” Scalea a fost hotărât să dezvolte o alternativă. Știa că tehnologia exista deja; adevărata provocare a fost cultivarea relațiilor strategice - cu ingineri, producători, investitori, clinicieni și transportatori aerieni privați - pentru a depăși logistica formidabilă a obținerii unei părți a corpului dintr-un punct pe altul. „Transportul de organe este pasiunea și misiunea mea”, spune chirurgul. „Reinnovarea a devenit obiectivul meu în carieră.”
În urmă cu trei ani, Scalea a adresat Departamentul de Inginerie al Universității din Maryland și s-a propus să lucreze la construirea unui prototip, împreună cu o tehnologie care ar permite atât unui medic cât și unui controlor de drone să monitorizeze starea unui organ de-a lungul traseului său aerian. Echipa a selectat DJI M600 Pro pentru experimentul lor, deoarece cele șase motoare ale sale se află direct sub rotoarele respective, ceea ce înseamnă că rotorii sunt ținuți departe de un compartiment de răcire inteligent. Această separare ar asigura că un organ va fi scutit de orice căldură generată de motoarele dronei. Organele reale au fost utilizate în timpul zborului de încercare de trei mile din martie 2018 și monitorizate cu atenție de la decolare până la aterizare; nu au prezentat probleme fiziologice după călătoria aeriană.
Echipa s-a confruntat cu câteva provocări inițiale - să facă un drone suficient de mic, astfel încât să nu adauge o greutate semnificativă sarcinii utile și să evalueze dacă modificările de altitudine ar afecta viabilitatea organului. (Se dovedește că organele, la fel ca scafandrii, pot suferi „curbele” atunci când urcă prea repede la altitudine.) Pe lângă testarea statică pe teren - asigurându-vă că comunicarea între aplicație, platforma IT și dispozitiv este sigur - Scalea și-a evaluat prototipul în diferite temperaturi și forțe vibraționale. Testele viitoare vor încerca să prezică funcția organului în medii în schimbare.
În același timp, Scalea a lucrat pentru dezvoltarea companiei sale private, Transplant Logistics și Informatics și a stabilit un parteneriat formal cu Rețeaua Unită pentru Organ Sharing, organizația nonprofit care administrează sistemul național de transplant de organe.
De asemenea, el a început un dialog cu Administrația Federală a Aviației (FAA), organul de conducere care poate decide în final soarta livrării de organe asistate de drone. În prezent, legea aviației restricționează zborul dronei la mai puțin de 400 de metri deasupra solului, cu o viteză de 100 de mile pe oră și mai puțin și mandează că drone sunt aruncate în linie de vedere - adică cu o cale vizibilă între UAV și controlori .
Legea nu va trebui neapărat să se schimbe în viitorul imediat, deoarece FAA administrează în prezent renunțările specificate pentru drone, dar poate fi nevoie de un set de reglementări mai specifice dacă organele care eliberează drone devin norma. Deși drona folosită în experimentul Scalea a zburat la doar o milă și jumătate și înapoi, echipa încearcă să defileze pe distanțe mai lungi (zborul mediu de organ între spitalele din SUA este de aproximativ 400 de mile) și să-și proiecteze modelele în consecință. Urmatorul pas? Efectuarea unui transplant real folosind livrare de dronă - un obiect care poate fi posibil în mai puțin de un deceniu, potrivit Scalea.
Dispozitivul, împreună cu o platformă online care conține GPS pentru organe, permite medicilor și spitalelor să vizualizeze în timp real locația și starea organului. (Joseph Scalea) Întrucât UAV-urile devin o realitate a traficului urban, o provocare cheie (și deloc banală) este aceea de a împiedica drone să nu circule cu alte obiecte: avioane în aer, pietoni pe sol, păsări sau clădiri undeva între ele. Din perspectiva ingineriei, asta înseamnă o proiectare clară atât a mașinii, cât și a misiunii sale. Un drone utilizat pentru administrarea de rinichi între două spitale din același oraș ar putea arăta foarte diferit de cel folosit pentru transportul de sânge de la Columb la Cleveland, de exemplu; greutatea și cerințele de putere vor diferi în funcție de sarcină utilă, distanță și viteza de zbor, care toate trebuie definite la început.
Vântul și vizibilitatea reprezintă complicații suplimentare pentru drone, care în prezent nu pot zbura prin gheață sau acoperire de nori - probleme mecanice formidabile, dar care nu sunt insurmontabile, a spus Jim Gregory, profesor de inginerie mecanică la Ohio State University și director al Centrului de Cercetare Aerospațial al Universității. . Gregory este specializat în intersecția aerodinamicii și dronei, o zonă de cercetare care include totul, de la planificarea traseelor dronei într-un mediu de vânt cu rafală până la controlul la sol conștientizarea situației.
Când testează zboruri UAV-uri, Gregory (care se bucură de asemenea de pilotarea avioanelor în timpul liber) subliniază trei factori cruciali: capacitatea de a detecta și de a evita obstacolele, de a menține o legătură de control robustă între drone și operatorul de la sol și capacitatea de a verifica autonomia mașinii - adică dovedind siguranța unui sistem autonom. „Există un caz bun pentru livrarea de organe în drone”, spune el. „Ceea ce este mai ușor decât, să spunem, ideea de livrare a pachetelor aeriene Amazon, este că un drone care livrează organe va călători dintr-un mediu bine controlat în alt mediu bine controlat”, explică el. Într-adevăr, spitalele sunt deja echipate cu helipade care pot primi UAV-uri purtătoare de organe și o mare parte a infrastructurii pentru livrare este deja în vigoare.
Cel mai recent proiect al lui Gregory implică o întindere de aer de 33 de mile care călătorește prin spațiul aerian din Columbus, Ohio. „Am creat un fel de coridor pentru traficul sigur de UAV”, spune el. Această autostradă din cer, finanțată de Departamentul de Transport din Ohio, ar putea servi în curând ca cale specială pentru drone; speranța este că mai mult ca acesta poate fi dezvoltat împreună cu planificatorii orașului.
În acest scop, controlorii de la sol vor rămâne informați pe tot parcursul dronei, cu privire la ceea ce ar putea constitui într-o zi un sistem de „control al traficului de aeronave fără pilot”. În prezent, majoritatea dronei își raportează poziția prin GPS la bord - similar cu sistemele utilizate de aer -controlul traficului pentru avioanele comerciale. Însă, atunci când oamenii călătoresc la 35.000 de metri deasupra Pământului, FAA monitorizează și ambarcațiunile noastre prin radar: un transponder își transmite în mod repetat locația prin intermediul unui numit Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B). Desigur, supravegherea FAA a dronei este o nouă frontieră și una care, fără îndoială, va fi dezbătută cu seriozitate în cadrul conferinței FAA de la Baltimore din iunie. „Nu știu că FAA a definit exact cum va funcționa supravegherea dronei”, spune Gregory. "Unii pledează pentru ADS-B, dar sistemul ar putea deveni supraîncărcat dacă există atât de multe drone care zboară în jurul valorii."
Pe termen scurt, UAV-urile care furnizează organe Scalea pot reduce timpul de ischemie rece și pot îmbunătăți rata de supraviețuire a pacienților izolați care așteaptă transplant de organe; pe termen lung, acestea ne pot ajuta să maximizăm alocarea de organe - adică să eliminăm constrângerile geografice puse în prezent pe organe, astfel încât să poată merge oriunde în orice moment - esențiale pentru extinderea grupurilor donatorilor de organe în întreaga lume.
„Viitorul este mai iminent decât credem cu toții”, spune Scalea.
