Τα μη επανδρωμένα αεροσκάφη ή τα UAV χρησιμοποιούνται συχνά για καθήκοντα που θεωρούνται υπερβολικά επικίνδυνα για την παραδοσιακή εναέρια επιτήρηση - χαρτογράφηση πάγων στην Αρκτική, για παράδειγμα, ή παρακολούθηση δασικών πυρκαγιών στην Καλιφόρνια. Επειδή είναι σχετικά φτηνά, μικρά, φορητά και ελιγμένα υπό κάλυψη σύννεφων, τα αεροσκάφη έχουν αναπτυχθεί εκτενώς σε γεωγραφικές έρευνες, περιβαλλοντικές καταστροφές, επιτήρηση και καταγραφή εικόνων. Τα τελευταία χρόνια, ωστόσο, η βελτιωμένη ικανότητα ανίχνευσης των μοτίβων, η απόκτηση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο και η ανίχνευση εμποδίων καθιστούν αυτά τα ρομπότ τα ιδανικά για τη μεταφορά κάποιου εξαιρετικά πολύτιμου φορτίου: ανθρώπινα όργανα.
Ο Joseph Scalea, επίκουρος καθηγητής χειρουργικής στο Ιατρικό Κέντρο του Πανεπιστημίου του Maryland, έχει αρχίσει να δοκιμάζει αεροσκάφη εξοπλισμένα με ψυγεία και βιοαισθητήρες που μπορούν να παρακολουθούν την υγεία ενός οργάνου σε όλο το αεροπορικό ταξίδι του - το πρώτο σχέδιο αυτού του είδους τα τελευταία 65 χρόνια μεταφοράς οργάνων. Η Scalea έχει υποβάλει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την τεχνολογία της, «Συσκευή παρακολούθησης ανθρώπινων οργάνων για ταξίδια μεγάλων αποστάσεων» (HOMAL), η οποία μετρά τις βιοφυσιολογικές ιδιότητες (θερμοκρασία, πίεση, δόνηση, υψόμετρο) ενός οργάνου. Αυτή η συσκευή, μαζί με μια ηλεκτρονική πλατφόρμα που διαθέτει όργανο GPS, επιτρέπει στους γιατρούς και τα νοσοκομεία να δουν την τοποθεσία και την κατάσταση του οργάνου σε πραγματικό χρόνο, σχεδόν σαν μια παράδοση πίτσας ή υπηρεσία αυτοκινήτου Uber. Ενώ η επιστήμη των μεταμοσχεύσεων είναι αναμφισβήτητα εξελισσόμενο πεδίο, το έργο της Scalea παίρνει τον ερευνητικό πάγκο στον κομοδίνο, αυξάνοντας έτσι τη βιωσιμότητα των δειγμάτων αίματος και ιστών που πρέπει να προωθούνται γρήγορα σε αποστάσεις εκατοντάδων χιλιάδων μιλίων.
Πριν η μεταφορά των οργάνων UAV μπορεί να γίνει μια κλινική πραγματικότητα, ωστόσο, παραμένουν μερικά σημαντικά εμπόδια. Ποιες ηθικές αντιρρήσεις, αν υπάρχουν, θα έχουν οι δωρητές, οι ασθενείς ή οι γιατροί τους την ιδέα να στείλουν ένα όργανο σε ένα μη στρατιωτικό drone; Το όργανο θα επιδεινωθεί κατά τη διάρκεια της πτήσης; Πώς θα νοικιάσουν τα νοσοκομεία και η αεροπορική βιομηχανία μια εισροή μη επανδρωμένων ιπτάμενων ρομπότ στον περιορισμένο εναέριο χώρο της χώρας; Τέλος, ποιος θα θεωρηθεί υπεύθυνος εάν ένα κτύπημα δεν παραδώσει εγκαίρως το όργανο του στον αποδέκτη ή καθόλου;
Όταν ένας ασθενής χρειάζεται ένα όργανο, κάθε δευτερόλεπτο έχει σημασία. Στη χειρουργική επέμβαση, αυτή η κρίσιμη περίοδος είναι γνωστή ως ψυχρή ισχαιμία: ο χρόνος μεταξύ της ψύξης ενός οργάνου μετά την παροχή αίματος έχει μειωθεί και ο χρόνος που θερμαίνεται αποκαθιστώντας την παροχή αίματος. Από τη στιγμή που αφαιρείται από το σώμα, ο ιστός αρχίζει να επιδεινώνεται, καθιστώντας την ταχεία μεταφορά προτεραιότητα. Αλλά το σημερινό σύστημα λήψης νεφρού ή καρδιάς από το σημείο Α στο σημείο Β περιλαμβάνει ένα πολύπλοκο δίκτυο ταχυμεταφορών και εμπορικών αεροσκαφών - που σημαίνει συχνές καθυστερήσεις, χαμένες συνδέσεις, ακόμη και χαμένα όργανα.
Περίπου 33.000 νεκρά όργανα μεταμοσχεύονται και μεταφέρονται κάθε χρόνο στις ΗΠΑ. Αφού αφαιρεθούν από τους δότες, τα συκώτια, οι καρδιές, τα μάτια, οι σπλήνες και άλλα μέρη του σώματος συσκευάζονται προσεκτικά και διατηρούνται σε πάγο (μια διαδικασία που διαρκεί μέχρι δύο ώρες) ξεκινούν το ταξίδι τους με μια σειρά courier. Πρώτον, τα όργανα πρέπει να μεταφερθούν στο αεροδρόμιο, όπου αναμένουν μια εμπορική πτήση (αυτό μπορεί να διαρκέσει έως και 10 ώρες), στη συνέχεια στους χειριστές αποσκευών, οι οποίοι φορτώνουν όργανα με άλλα φορτία. Συχνά, μια δεύτερη ναυλωμένη πτήση (ένα ελικόπτερο) παίρνει τα όργανα στο νοσοκομείο προορισμού, όπου εκφορτώνονται από χειριστές και κρατούνται για αιμοληψία και βιοψία, προτού μετακινηθούν ξανά με κούριερ σε τράπεζα αίματος οργάνων, όπου ένας χειρουργός μπορεί να να τα ανακτήσετε τελευταία.
Ολόκληρη η διαδικασία διαρκεί συνήθως 24 ώρες (και αυτό δεν συνεπάγεται καθυστερήσεις στην άσφαλτο) και κοστίζει κατά μέσο όρο 6.000 δολάρια, ενώ μια ναυλωμένη πτήση - ο συνηθέστερος τρόπος μεταφοράς για όργανα που πρέπει να πετούν μεταξύ νοσοκομείων σε διαφορετικές πόλεις - υπερβαίνει τα 40.000 δολάρια. Η τεχνολογία της Scalea υπόσχεται δραματικό χρόνο ταξιδιού και εξοικονόμηση κόστους: για παράδειγμα, μια συνολική διαδρομή 1.000 μιλίων και ένα αεροσκάφος που φτάνει τα 200 μίλια την ώρα (το ήμισυ της ταχύτητας των εμπορικών αεροσκαφών), ένα όργανο μπορεί να μετακινηθεί από το νοσοκομείο Α στο νοσοκομείο Β σε πέντε ώρες, με δύο ώρες σε κάθε άκρο για συσκευασία και μεταμόσχευση, εξαλείφοντας έτσι περισσότερο από το 50 τοις εκατό του χρόνου ταξιδιού. Το σημερινό σύστημα, με τις πολυάριθμες συνδέσεις του και τις ευκαιρίες για καθυστέρηση, καθιστά την παράδοση των οργάνων βιώσιμη εναλλακτική λύση, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις όπου ένας αποδέκτης οργάνων είναι χιλιάδες μίλια από τον δωρητή του.
Η Scalea υποστηρίζει καθημερινά τις προκλήσεις της μεταφοράς οργάνων, μιας επιχείρησης όπου τα πακέτα είναι συχνά ζωή ή θάνατος. "Ως χειρούργος, μου αρέσει να είμαι σε θέση να πω στους ανθρώπους ότι πρόκειται να πάρουν 10 ακόμη χρόνια για να ζήσουν", εξηγεί. "Για να μάθω ότι δεν μπορώ να το κάνω αυτό επειδή ένα όργανο έχασε τη σύνδεση του, για παράδειγμα, είναι πέρα από την κοινή λογική." Η Scalea ήταν αποφασισμένη να αναπτύξει μια εναλλακτική λύση. Ήξερε ότι η τεχνολογία υπήρχε ήδη. η πραγματική πρόκληση ήταν να καλλιεργηθούν στρατηγικές σχέσεις - με τους μηχανικούς, τους κατασκευαστές, τους επενδυτές, τους κλινικούς και τους ιδιωτικούς αερομεταφορείς - προκειμένου να ξεπεραστεί η τρομερή εφοδιαστική για να πάρεις ένα τμήμα του σώματος από ένα σημείο του πλανήτη σε άλλο. "Η μεταφορά οργάνων είναι το πάθος μου και η αποστολή μου", λέει ο χειρούργος. "Η επανεξέταση έχει γίνει ο στόχος μου σταδιοδρομίας."
Πριν από τρία χρόνια, η Scalea έφτασε στο Τμήμα Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ και έθεσε ως στόχο να κατασκευάσει ένα πρωτότυπο μαζί με τεχνολογία που θα επέτρεπε τόσο σε ιατρό όσο και σε ελεγκτή του αεροσκάφους να παρακολουθεί την κατάσταση ενός οργάνου κατά μήκος της εναέριας διαδρομής του. Η ομάδα επέλεξε το DJI M600 Pro για το πείραμά της, καθώς οι έξι κινητήρες βρίσκονται ακριβώς κάτω από τους αντίστοιχους ρότορες τους, πράγμα που σημαίνει ότι οι ρότορες διατηρούνται μακριά από ένα έξυπνο χώρο ψύξης. Αυτός ο διαχωρισμός θα εξασφάλιζε ότι ένα όργανο θα μπορούσε να εξοικονομηθεί από οποιαδήποτε θερμότητα που παράγεται από τους κινητήρες του κινητήρα. Τα πραγματικά όργανα χρησιμοποιήθηκαν κατά τη δοκιμαστική πτήση των τριών μιλίων τον Μάρτιο του 2018 και παρακολουθήθηκαν προσεκτικά από την απογείωση μέχρι την προσγείωση. δεν εμφάνισαν φυσιολογικά προβλήματα μετά το αεροπορικό ταξίδι τους.
Η ομάδα αντιμετώπισε μερικές αρχικές προκλήσεις - να φτιάξει ένα μικρό κινητό αεροσκάφος ώστε να μην προσθέσει σημαντικό βάρος στο ωφέλιμο φορτίο και να εκτιμήσει εάν οι αλλαγές στο υψόμετρο θα επηρέαζαν τη βιωσιμότητα των οργάνων. (Αποδεικνύεται ότι τα όργανα, όπως ακριβώς και οι scuba divers, μπορούν να υποφέρουν από τις στροφές όταν ανεβαίνουν σε υψόμετρο πολύ γρήγορα). Εκτός από τις στατικές δοκιμές στο έδαφος, εξασφαλίζοντας ότι η επικοινωνία μεταξύ της εφαρμογής, της πλατφόρμας πληροφορικής και της συσκευής είναι secure-Scalea αξιολόγησε επίσης το πρωτότυπο του σε διάφορες θερμοκρασίες και δονητικές δυνάμεις. Οι μελλοντικές δοκιμές θα προσπαθήσουν να προβλέψουν τη λειτουργία οργάνων σε μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα.
Ταυτόχρονα, η Scalea εργάστηκε για να αναπτύξει την ιδιωτική της εταιρεία Transplant Logistics and Informatics και καθιέρωσε μια επίσημη συνεργασία με το United Network for Sharing Organ, το μη κερδοσκοπικό οργανισμό που διαχειρίζεται το σύστημα μεταμόσχευσης οργάνων του έθνους.
Ξεκίνησε επίσης διάλογο με την Ομοσπονδιακή Διοίκηση Αεροπορίας (FAA), το διοικητικό όργανο που μπορεί τελικά να αποφασίσει για τη μοίρα της παράδοσης οργάνων με υποβοηθούμενη από drone. Επί του παρόντος, η νομοθεσία για τα αεροσκάφη περιορίζει την πτήση του αεροπλάνου σε απόσταση μικρότερη από 400 πόδια πάνω από το έδαφος, με ταχύτητα 100 μίλια την ώρα ή λιγότερο, και αναθέτει τη διεξαγωγή πειρατικών αεροσκαφών στην οπτική επαφή - δηλαδή, με ορατή διαδρομή μεταξύ του UAV και των ελεγκτών .
Ο νόμος δεν θα χρειαστεί απαραίτητα να αλλάξει στο άμεσο μέλλον, δεδομένου ότι η FAA εφαρμόζει επί του παρόντος συγκεκριμένες απαλλαγές για τα αεροσκάφη, αλλά μπορεί να χρειαστεί πιο συγκεκριμένο σύνολο κανονισμών, εάν τα όργανα που εκπέμπουν τα δόντια είναι ο κανόνας. Παρόλο που το πειράζιο που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα της Scalea πέταξε μόλις μισό μίλι και πάλι, η ομάδα προσπαθεί να φάει σε μεγαλύτερες αποστάσεις (η μέση πτήση οργάνων μεταξύ νοσοκομείων στις ΗΠΑ είναι περίπου 400 μίλια) και σχεδιάζει ανάλογα τα μοντέλα της. Το επόμενο βήμα? Εκτελέστε μια πραγματική μεταμόσχευση χρησιμοποιώντας παράδοση με drone - ένα επίτευγμα το οποίο μπορεί να είναι δυνατό σε λιγότερο από μια δεκαετία, σύμφωνα με τη Scalea.
Η συσκευή, μαζί με μια ηλεκτρονική πλατφόρμα που διαθέτει όργανο GPS, επιτρέπει στους γιατρούς και στα νοσοκομεία να δουν την τοποθεσία και την κατάσταση του οργάνου σε πραγματικό χρόνο. (Joseph Scalea) Καθώς οι UAVs γίνονται μια πραγματικότητα της αστικής κυκλοφορίας, μια βασική (και όχι καθόλου ασήμαντη) πρόκληση είναι να κρατήσουν τα drones να τρέχουν σε άλλα αντικείμενα: αεροπλάνα, πεζοί στο έδαφος, πουλιά ή κτίρια κάπου ενδιάμεσα. Από τεχνική άποψη, αυτό σημαίνει ένα σαφές σχέδιο τόσο της μηχανής όσο και της αποστολής της. Ένα κρουαζιερόπλοιο που χρησιμοποιείται για την παράδοση των νεφρών μεταξύ δύο νοσοκομείων στην ίδια πόλη μπορεί να φαίνεται πολύ διαφορετικό από αυτό που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά αίματος από τον Κολόμβο στο Κλίβελαντ. το βάρος και η ισχύς θα διαφέρουν ανάλογα με το ωφέλιμο φορτίο, την απόσταση και την ταχύτητα πτήσης, τα οποία πρέπει να καθοριστούν από την αρχή.
Ο αέρας και η ορατότητα δημιουργούν επιπρόσθετες επιπλοκές για τα αεροσκάφη, τα οποία σήμερα δεν μπορούν να πετάξουν μέσα από πάγο ή σύννεφα-μηχανικά προβλήματα που είναι τρομερά αλλά όχι ανυπέρβλητα, σύμφωνα με τον Jim Gregory, καθηγητή μηχανολογίας στο Ohio State University και διευθυντή του Κέντρου Ερευνών Αεροδιαστημικής . Ο Γκρεγκόρι ειδικεύεται στη διασταύρωση της αεροδυναμικής και των αεροσκαφών, έναν τομέα έρευνας που περιλαμβάνει τα πάντα, από το σχεδιασμό μονοπατιών σε ένα ριπές αιολικής ατμόσφαιρας μέχρι την επίγεια ευαισθητοποίηση του εδάφους.
Οταν ο Gregory (ο οποίος απολαμβάνει επίσης πιλοτικά αεροσκάφη στον ελεύθερο χρόνο του) δίνει έμφαση σε τρεις κρίσιμους παράγοντες: τη δυνατότητα ανίχνευσης και αποφυγής εμποδίων, τη διατήρηση ενός ισχυρού δεσμού ελέγχου μεταξύ αεροσκάφους και φορέα εδάφους και τη δυνατότητα επαλήθευσης η αυτονομία του μηχανήματος - δηλαδή η απόδειξη της ασφάλειας ενός αυτόνομου συστήματος. "Υπάρχει μια καλή περίπτωση που πρέπει να γίνουν για την παράδοση των κυττάρων από τα δόντια", λέει. "Αυτό που καθιστά ευκολότερο από την ιδέα της παράδοσης αεροπορικών πακέτων του Αμαζονίου είναι ότι ένα φορείο που παραδίδει όργανα θα ταξιδέψει από ένα καλά ελεγχόμενο περιβάλλον σε ένα άλλο καλά ελεγχόμενο περιβάλλον", εξηγεί. Πράγματι, τα νοσοκομεία είναι ήδη εφοδιασμένα με ελικοδρόμια που μπορούν να δέχονται φορητούς αεροσκάφους που φέρουν όργανα και μεγάλο μέρος της υποδομής για παράδοση είναι ήδη σε ισχύ.
Το τελευταίο έργο του Γρηγόρη περιλαμβάνει μια έκταση 33 μιλίων που ταξιδεύει μέσω του εναέριου χώρου στο Κολόμπους του Οχάιο. "Δημιουργήσαμε ένα είδος διαδρόμου για ασφαλή κυκλοφορία UAV", λέει. Αυτός ο αυτοκινητόδρομος στον ουρανό, που χρηματοδοτείται από το Υπουργείο Μεταφορών του Οχάιο, σύντομα θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως καθορισμένη διαδρομή για τα αεροσκάφη. η ελπίδα είναι ότι περισσότερο όπως μπορεί να αναπτυχθεί σε συνδυασμό με τους πολεοδόμους.
Για το σκοπό αυτό, οι ελεγκτές εδάφους θα ενημερώνονται καθ 'όλη τη διάρκεια του ταξιδιού του αυτοκινητοδρόμου, κάτι που θα μπορούσε κάποτε να αποτελέσει ένα σύστημα "μη επανδρωμένου ελέγχου κυκλοφορίας αεροσκαφών". Επί του παρόντος, οι περισσότεροι αεροσκάφη αναφέρουν τη θέση τους με ενσωματωμένο GPS - παρόμοιο με τα συστήματα που χρησιμοποιούνται από τον αέρα - έλεγχος της κυκλοφορίας εμπορικών αεροπλάνων. Αλλά όταν οι άνθρωποι ταξιδεύουν 35.000 πόδια πάνω από τη Γη, η FAA παρακολουθεί επίσης το σκάφος μας μέσω ραντάρ: ένας αναμεταδότης εκπέμπει επανειλημμένα την τοποθεσία του μέσα από κάτι που ονομάζεται Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B). Φυσικά, η επίβλεψη των αεροσκαφών από το FAA είναι ένα νέο σύνορο, το οποίο αναμφίβολα θα συζητηθεί σοβαρά στο συνέδριο της FAA στη Βαλτιμόρη τον Ιούνιο. "Δεν ξέρω ότι η FAA έχει καθορίσει με ακρίβεια πώς θα λειτουργήσει η επιτήρηση τροχών", λέει ο Gregory. "Κάποιοι υποστηρίζουν το ADS-B, αλλά το σύστημα θα μπορούσε να υπερφορτωθεί αν υπάρχουν τόσα πολλά αεροσκάφη που πετούν γύρω".
Βραχυπρόθεσμα, τα UAV που χορηγούν όργανα της Scalea μπορούν να μειώσουν τους χρόνους της ψυχρής ισχαιμίας και να βελτιώσουν το ποσοστό επιβίωσης για μεμονωμένους ασθενείς που περιμένουν μεταμόσχευση οργάνων. μακροπρόθεσμα, μπορούν να μας βοηθήσουν να μεγιστοποιήσουμε την κατανομή οργάνων - δηλαδή, να εξαλείψουμε τους γεωγραφικούς περιορισμούς που υπάρχουν επί του παρόντος στα όργανα, ώστε να μπορούν να πάνε οπουδήποτε και ανά πάσα στιγμή - απαραίτητο για την επέκταση των πιστώσεων των χορηγών οργάνων σε όλο τον κόσμο.
"Το μέλλον είναι πιο επικείμενη από ό, τι όλοι πιστεύουμε", λέει η Scalea.
