У ході безпрецедентного медичного експерименту людиноподібні роботи хірургічним шляхом видалили жовчні міхури у живих тварин — але не як автономні машини, які можуть замінити лікарів-людей. Натомість досвідчені хірурги дистанційно керували рухами роботів, що стало новим прикладом співпраці людини та робота.
У ході доклінічних випробувань, результати яких були опубліковані в журналі Nature, телекеровані людиноподібні роботи виконали дві малоінвазивні операції з видалення жовчних міхурів у живих свиней. Якщо цей підхід зрештою виявиться клінічно готовим для застосування у пацієнтів-людей, хірурги зможуть використовувати таких гуманоїдних роботів для дистанційного проведення роботизованих хірургічних операцій у невеликих лікарнях та клініках, які не мають ресурсів для встановлення спеціалізованих, але дорогих хірургічних роботів.
"Це обходиться в рази дешевше і займає в рази менше місця в операційній", - сказав Шанглей Лю, доцент кафедри хірургії медичної школи Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, в інтерв'ю UC San Diego Today. "Тому його легко розгорнути будь-де: від сільської місцевості до поля бою і навіть у космосі".
В експерименті використовувався людиноподібний робот Unitree G1, виготовлений провідною китайською робототехнічною компанією Unitree. Найдешевша базова модель G1 з фактично нефункціональними руками коштує від 13 500 доларів, а вартість доставлення варіюється від 300 до 1200 доларів, тоді як додавання важливих удосконалень, таких як спритні роботизовані руки, може легко збільшити вартість до більш ніж 67 000 доларів.
Однак такі людиноподібні роботи, вироблені в Китаї, все ще значно дешевші, ніж спеціалізовані хірургічні роботи, такі як хірургічна система da Vinci від Intuitive Surgical, вартість яких може становити від півмільйона до кількох мільйонів доларів.
Спеціалізовані хірургічні роботи також можуть важити близько 800 кілограмів та займати значно більше місця в операційних. У порівнянні з ними, людиноподібні роботи Unitree, висотою 1,5 метра і вагою всього 27 кілограмів, можуть бути більш придатними для невеликих клінік у віддалених районах.
Зрозуміло, система da Vinci компанії Intuitive отримала схвалення Управління з санітарного нагляду за якістю харчових продуктів та медикаментів США та інших медичних органів, а також пройшла численні клінічні випробування для різних хірургічних операцій. Гуманоїдні роботи, керовані хірургами дистанційно, все ще знаходяться на експериментальній стадії, навіть попри те, що в цьому доклінічному дослідженні вони успішно проводили операції на живих тваринах.
Проблеми підготовки «Хірурга»
Дослідникам із Каліфорнійського університету в Сан-Дієго довелося створити фізичні адаптери, що дозволяють людиноподібним роботам, які отримали прізвисько «Хірург», тримати хірургічні інструменти. Вони також розробили програмне забезпечення, що дозволяє інтуїтивно зрозумілим рухам людських рук плавно перетворюватися на управління хірургічними інструментами, прикріпленими до зап'ястків роботів.
Хірург керувався консоллю за допомогою ПК зі стереогарнітурою, що дозволяла хірургам бачити, що вони роблять, а також педаллю для вмикання або вимкнення рухів рук хірурга від рухів хірургічних інструментів. Під час першої операції на живій свині хірург-людина стояла поруч із роботом-гуманоїдом як асистент, а під час другої операції працювали разом два телекерованих роботи.
Проте експеримент також виявив обмеження у використанні людиноподібних роботів для телекерованої хірургії. Команді доводилося робити паузи на кілька хвилин під час операції, щоб перекалібрувати роботів для підвищення точності або фізично перемістити тіло чи руку робота у правильне положення щодо медичних інструментів. Це означало, що операція займала набагато більше часу, ніж при використанні наявних спеціалізованих хірургічних систем, повідомляє UC San Diego Today.
Компактний корпус робота Unitree G1 з розмахом рук всього 450 міліметрів – у порівнянні з діапазоном від 1,6 до 1,8 метра у дорослої людини – також обмежував можливості віддалених операторів. Інші обмеження в діапазоні рухів роботів у поєднанні з необхідністю частого перекалібрування під час операцій збільшували когнітивне та операційне навантаження на хірургічну бригаду, що не є ідеальним варіантом.
Будь-яка затримка між керівними рухами рук людини-оператора та наступними рухами робота також може мати важливе значення для майбутніх клінічних сценаріїв, пов'язаних з дистанційно керованими операціями. Сучасні системи телекерованих людиноподібних роботів зазвичай мають затримки в сотні мілісекунд, тоді як попередні дослідження показують, що хірургічні роботи в ідеалі повинні мати затримку менше ніж 150 мілісекунд, пишуть дослідники у своїй статті.
Як ординатори-початківці, так і досвідчені хірурги, як правило, швидше справлялися з тренувальними завданнями при використанні елементів управління дослідницького комплекту da Vinci - стандарту для телероботизованої хірургії - в порівнянні з управлінням людиноподібними роботами.
В очікуванні автономних роботів
Проте, дослідницька група продовжує вдосконалювати систему дистанційно керованих людиноподібних роботів, досліджуючи майбутні варіанти. Майкл Йіп, професор електротехніки та обчислювальної техніки в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго, описав мету створення «автономного хірургічного асистента», який міг би працювати пліч-о-пліч з хірургами, виконуючи загальні завдання, такі як пошук інструментів або навіть прибирання операційних.
"Дистанційно керовані та автономні людиноподібні роботи мають реальний потенціал для розширення доступу до критично важливих операцій, до яких пацієнти інакше не мали б доступу", - сказав Йіп виданню UC San Diego Today. "Це може допомогти розв'язати кризу охорони здоров'я не лише у Сполучених Штатах, а й у всьому світі".
Однак багато провідних дослідників у галузі робототехніки погоджуються з тим, що до появи універсальних роботів, здатних виконувати свою роботу автономно без втручання людини, ще далеко — особливо якщо вони повинні безпечно функціонувати поруч із людьми.
