Miehittämättömiä ilma-aluksia tai UAV: ita käytetään usein tehtäviin, joita pidetään liian vaarallisina perinteiselle ilmavalvonnalle - esimerkiksi arktisen jäälaudan kartoittamiseen tai metsäpalojen seurantaan Kaliforniassa. Koska droonit ovat suhteellisen halpoja, pieniä, siirrettäviä ja ohjattavia pilvipeitteen alla, droneja on käytetty laajasti maantieteellisissä tutkimuksissa, ympäristökatastrofeissa, seurannassa ja kuvan tallentamisessa. Viime vuosina parantunut kyky havaita malleja, hankkia tietoja reaaliajassa ja havaita esteitä tekevät näistä lentävistä roboteista ihanteellisia kuljettamaan erityisen arvokasta lastia: ihmiselimiä.
Marylandin yliopiston lääketieteellisen keskuksen leikkauksen apulaisprofessori Joseph Scalea on alkanut testata jäähdyttimillä ja biosensoreilla varustettuja droneja, jotka voivat seurata elimen terveyttä koko lentomatkan ajan - ensimmäinen laatuaan suunnitelma viimeisen 65 vuoden elinten kuljetuksen aikana. Scalea on hakenut patenttia teknologialleen, ”HOMAL”, ihmisen elinten tarkkailulaitteelle pitkän matkan matkalle (HOMAL), joka mittaa elimen biofysiologisia ominaisuuksia (lämpötila, paine, tärinä, korkeus). Tämä laite yhdessä elin GPS-ominaisuuksilla varustetun online-alustan avulla lääkärit ja sairaalat voivat nähdä elimen sijainnin ja tilan reaaliajassa, melkein kuin pizzan toimitus tai Uber-autopalvelu. Vaikka elinsiirtotiede on kiistatta kehittyvä ala, Scalean projekti vie tutkimuspenkin sängyn puolelle, mikä parantaa veri- ja kudosnäytteiden elinkelpoisuutta, jotka täytyy nopeasti paimentaa satojen tuhansien mailien etäisyyksien päähän.
Ennen kuin UAV: n elinten kuljettamisesta voi tulla kliinistä todellisuutta, joitain merkittäviä esteitä on kuitenkin edelleen. Mitä eettisiä vastalauseita, jos niitä on, luovuttajilla, potilailla tai heidän lääkärillään on ajatukselle lähettää elin luota käyttämättömään drooniin? Vauristuuko elin lennon aikana? Kuinka sairaalat ja ilmailuteollisuus mukauttavat miehittämättömien lentävien robotien virtauksen maan rajalliseen ilmatilaan? Lopuksi, ketä pidetään vastuullisena, jos drooni ei toimita elintänsä aiotulle vastaanottajalle ajoissa tai ei ollenkaan?
Kun potilas tarvitsee elintä, jokainen sekunti on tärkeä. Leikkauksessa tätä kriittistä ajanjaksoa kutsutaan kylmäksi iskemiaksi: elimen jäähdytyksen jälkeen sen verenkierto on vähentynyt ja aika lämmennyt palauttamalla sen verenhuolto. Siitä hetkestä lähtien, kun se on poistettu kehosta, kudos alkaa heikentyä, joten nopea kuljetus on etusijalla. Mutta nykyinen järjestelmä munuaisen tai sydämen saamiseksi pisteestä A pisteeseen B sisältää monimutkaisen kuriiri- ja kaupallisten lentokoneiden verkon - tarkoittaen usein viivästyksiä, menetettyjä yhteyksiä tai jopa kadonneita elimiä.
Noin 33 000 kuolleen elimen elinsiirtoa ja kuljetusta tapahtuu Yhdysvalloissa vuosittain. Kun ne on poistettu luovuttajista, maksat, sydämet, silmät, pernit ja muut kehon osat pakataan huolellisesti ja säilytetään jäällä (prosessi, joka kestää kaksi tuntia), ennen he alkavat matkansa sarjalla kuriireja. Ensin elimet on kuljetettava lentokentälle, missä he odottavat kaupallista lentoa (tämä voi viedä jopa 10 tuntia), sitten matkatavaran käsittelijöille, jotka lastaavat elimiä muilla rahdilla; usein toinen tilauslento (helikopteri) vie elimet määräsairaalaan, missä käsittelijät purkavat ne ja pitävät niitä verenottoa ja biopsiaa varten, ennen kuin ne siirretään kuriirilla jälleen elinveripankkiin, jossa kirurgi voi noutaa ne viimeksi.
Koko prosessi kestää yleensä 24 tuntia (ja tämä ei ota huomioon asfaltin viivästyksiä) ja maksaa keskimäärin 6000 dollaria, kun taas tilauslento - yleisempi kuljetusmuoto elimille, jotka tarvitsevat lentää eri kaupunkien sairaaloiden välillä - voi ylittää 40 000 dollaria. Scalean tekniikka lupaa dramaattisia matka-aikoja ja kustannussäästöjä: Kun esimerkiksi kokonaismatkamatka on esimerkiksi 1000 mailia ja drooni lentää nopeudella 200 mailia tunnissa (puolet kaupallisten lentokoneiden nopeudesta), elin voitaisiin siirtää sairaalasta A sairaalaan B viidessä tunnissa, kaksi tuntia molemmissa päissä pakkaamista ja elinsiirtoa varten, mikä eliminoi yli 50 prosenttia matka-ajasta. Nykyinen järjestelmä, lukuisilla yhteyksillä ja viivästysmahdollisuuksilla, tekee elinten droonitoimituksesta siten toteuttamiskelpoisen vaihtoehdon, erityisesti tapauksissa, joissa elimen vastaanottaja on tuhansien mailien päässä luovuttajaltaan.
Scalea haastaa päivittäin elinkuljetusten haasteet, yritys, jossa panokset ovat usein hengen tai kuoleman aiheita. "Kirurgina rakastan kykyä kertoa ihmisille, että heillä on vielä 10 vuotta elää", hän selittää. "Oppia, että en voi tehdä niin, koska urut esimerkiksi unohtivat yhdistävän lennon, ei ole järkevää." Scalea päätti kehittää vaihtoehdon. Hän tiesi, että tekniikka oli jo olemassa; todellinen haaste oli kehittää strategisia suhteita - insinöörien, valmistajien, sijoittajien, klinikoiden ja yksityisten lentoyhtiöiden kanssa - ylittääkseen mahtava logistiikka saada kehon osan yhdestä maailmanpisteestä toiseen. "Elinkuljetukset ovat intohimoni ja tehtäväni", sanoo kirurgi. "Sen innovoinnista on tullut uran päämäärääni."
Kolme vuotta sitten Scalea tavoitti Marylandin yliopiston insinööritieteen laitoksen ja aikoi rakentaa prototyypin yhdessä tekniikan kanssa, jonka avulla sekä lääkäri että droonin ohjain voivat seurata elimen tilaa sen ilmareitillä. Ryhmä valitsi kokeiluunsa DJI M600 Pron, koska sen kuusi moottoria sijaitsee suoraan vastaavien roottoriensa alla, eli roottorit pidetään kaukana älykkäästä jäähdytyslokerosta. Tämä erottaminen takaisi sen, että elin säästyy kaikesta dronon moottorien tuottamasta lämmöstä. Oikeita elimiä käytettiin kolmen mailin koelennon aikana maaliskuussa 2018 ja niitä tarkkailtiin huolellisesti lentoonlähdöstä laskeutumiseen; heillä ei ollut lentomatkan jälkeen fysiologisia ongelmia.
Joukkueella oli edessään pari ensimmäistä haastetta - tehdä dronosta niin pieni, että se ei lisäisi merkittävää painoa hyötykuormaan, ja arvioida, vaikuttavatko korkeuden muutokset elinten elinkykyyn. (Osoittautuu, että elimet, kuten sukellus sukeltajat, voivat kärsiä "mutkia" noustessaan korkeuteen liian nopeasti.) Staattisen testin lisäksi kentällä - varmista, että sovelluksen, IT-alustan ja laitteen välinen viestintä on turvallinen - Scalea arvioi myös prototyyppinsä erilaisissa lämpötiloissa ja värähtelyvoimissa. Tulevat testit yrittävät ennustaa elinten toimintaa muuttuvissa ympäristöissä.
Samanaikaisesti Scalea kehitti yksityistä yritystänsä, Transplant Logistics and Informatics, ja perusti virallisen kumppanuuden United Network for Organ Sharing -järjestön kanssa, joka on voittoa tavoittelematon järjestö, joka hallinnoi maan elinsiirtojärjestelmää.
Hän aloitti myös vuoropuhelun liittovaltion ilmailuhallinnon (FAA) kanssa, hallintoelimen kanssa, joka voi lopulta päättää droonien avustaman elimen toimituksen kohtalosta. Tällä hetkellä ilmailulaki rajoittaa droonien lennon alle 400 jalkaan maanpinnan yläpuolella, nopeudella 100 mailia tunnissa tai vähemmän, ja velvoittaa droonit lentämään näköyhteydessä - toisin sanoen, näkyvän reitin UAV: n ja ohjaimien välillä. .
Lakia ei välttämättä tarvitse muuttaa lähitulevaisuudessa, koska FAA hallinnoi tällä hetkellä tiettyjä luopumuksia droneista, mutta tarkempi säädöskokonaisuus voi olla tarpeen, jos droneja toimittavista elimistä tulee normi. Vaikka Scalean kokeilussa käytetty drooni lensi vain puolitoista mailia ja taaksepäin, joukkue etsii vaiheita pidempiin matkoihin (keskimääräinen elinlento Yhdysvaltojen sairaaloiden välillä on noin 400 mailia) ja suunnittelee mallinsa vastaavasti. Seuraava vaihe? Varsinaisen elinsiirron suorittaminen dronejakelulla - saavutus, joka voi olla mahdollista alle vuosikymmenessä, Scalean mukaan.
Laite yhdessä elin GPS-ominaisuuksilla varustetun online-alustan avulla lääkärit ja sairaalat voivat nähdä elimen sijainnin ja tilan reaaliajassa. (Joseph Scalea) Kun UAV: t muuttuvat kaupunkiliikenteen todellisuudeksi, yksi keskeinen (ja ei ollenkaan vähäpätöinen) haaste on estää droneja pääsemästä muihin kohteisiin: ilmassa oleviin lentokoneisiin, maassa sijaitseviin jalankulkijoihin, lintuihin tai rakennuksiin jossain niiden välissä. Suunnittelun kannalta tämä tarkoittaa sekä koneen että sen tehtävän selkeää suunnittelua. Munuaisten kuljettamiseen käytetty droni saman kaupungin kahden sairaalan välillä saattaa näyttää hyvin erilaiselta verrattuna veren kuljettamiseen esimerkiksi Columbuksesta Clevelandiin; paino ja tehovaatimukset eroavat hyötykuormasta, etäisyydestä ja lennon nopeudesta, jotka kaikki on määriteltävä alussa.
Tuuli ja näkyvyys aiheuttavat lisäongelmia drooneille, jotka eivät tällä hetkellä voi lentää jään tai pilvien peiton läpi - mekaaniset ongelmat, jotka ovat valtavia, mutta eivät ylitsepääsemättömiä, sanoo Ohio State Universityn konetekniikan professori ja yliopiston ilmailualan tutkimuskeskuksen johtaja Jim Gregory. . Gregory on erikoistunut aerodynamiikan ja droonien leikkauspisteeseen, tutkimusalueelle, joka sisältää kaiken droonien polun suunnittelusta puhaltavassa tuuliympäristössä maanpäällisen tilannetietoisuuteen.
Lentokokeilla testattaessa UAV-laitteita Gregory (joka nauttii myös lentokoneiden ohjaamisesta vapaa-ajallaan) korostaa kolmea tärkeätä tekijää: kyky havaita ja välttää esteitä, ylläpitää vahvaa ohjausyhteyttä droonin ja maaoperaattorin välillä ja kyky tarkistaa koneen autonomia - toisin sanoen autonomisen järjestelmän turvallisuuden todistaminen. "Elinten dronejakelulle on hyvä tapaus", hän sanoo. "Mikä on helpompaa kuin vaikkapa Amazonin ilmapakettien toimitusidea, on, että elimiä toimittava droni kulkee yhdestä hyvin kontrolloidusta ympäristöstä toiseen hyvin kontrolloituun ympäristöön", hän selittää. Itse asiassa sairaalat on jo varustettu helikoptereillä, jotka voivat vastaanottaa elimiä sisältäviä UAV-laitteita, ja suuri osa jakeluinfrastruktuurista on jo olemassa.
Gregoryn uusimpaan projektiin sisältyy 33 mailin pituinen ilmajohto, joka kulkee ilmatilan läpi Columbuksen Ohiossa. "Olemme luoneet eräänlaisen käytävän turvalliselle UAV-liikenteelle", hän sanoo. Tämä taivaalta valtatie, jota Ohion liikenneministeriö rahoittaa, voisi pian toimia osoitettuna polkua drooneille; Toivo on, että sitä enemmän voidaan kehittää yhdessä kaupunkisuunnittelijoiden kanssa.
Tätä varten maanpäälliköt pysyvät ajan tasalla koko droonin matkan ajan, jolloin joku saattaa muodostaa "miehittämättömän lentokoneiden liikenteenohjausjärjestelmän". Tällä hetkellä suurin osa drooneista ilmoittaa sijaintinsa GPS: llä - samanlainen kuin lentoliikenteen käyttämät järjestelmät. - kaupallisten lentokoneiden liikenteenohjaus. Mutta kun ihmiset matkustavat 35 000 jalkaa maanpinnan yläpuolelle, FAA tarkkailee myös aluksemme tutkan kautta: transponderi lähettää toistuvasti sijaintinsa automaattisen riippuvaisen valvontalaitteen (ADS-B) kautta. FAA: n dronevalvonta on tietysti uusi raja, ja siitä keskustellaan epäilemättä vilpittömästi FAA: n konferenssissa Baltimoressa kesäkuussa. "En tiedä, että FAA on määritellyt tarkalleen kuinka droonivalvonta toimii", Gregory sanoo. "Jotkut kannattavat ADS-B: tä, mutta järjestelmä voi ylikuormittua, jos ympäri lentää niin paljon drooneja."
Lyhyellä aikavälillä Scalean elimiä toimittavat UAV: t voivat vähentää kylmän iskemian aikoja ja parantaa elinsiirtoa odottavien yksittäisten potilaiden eloonjäämisastetta. Pitkällä aikavälillä ne voivat auttaa meitä maksimoimaan elinten jakautumisen - eli poistamaan nykyisin elimille asetetut maantieteelliset rajoitukset, jotta ne voivat mennä minne tahansa milloin tahansa - välttämättömiä elinluovuttajien poolien laajentamiseksi kaikkialla maailmassa.
"Tulevaisuus on välittömämpi kuin me kaikki ajattelemme", Scalea sanoo.
