Ubemannede luftfartøyer, eller UAV, brukes ofte til oppgaver som anses for farlige for tradisjonell luftovervåking - for eksempel kartlegge isflak i Arktis, eller for å overvåke skogbranner i California. Fordi de er relativt billige, små, bærbare og manøvrerbare under skydekke, har droner blitt distribuert mye i geografiske undersøkelser, miljøkatastrofer, overvåkning og bildeopptak. I løpet av de siste årene har imidlertid forbedret evne til å oppdage mønstre, innhente data i sanntid og oppdage hindringer gjøre disse flygende robotene ideelle for å transportere noe ekstremt dyrebar last: menneskelige organer.
Joseph Scalea, assisterende professor i kirurgi ved University of Maryland Medical Center, har begynt å teste droner utstyrt med kjølere og biosensorer som kan overvåke et organs helse under hele sin luftreise - den første designen i sitt slag i de siste 65 år med orgeltransport. Scalea har søkt patent på teknologien sin, "Human Organ Monitoring Apparatus for Long-Distance Travel" (HOMAL), som måler de organiske biofisiologiske egenskapene (temperatur, trykk, vibrasjon, høyde). Denne enheten, sammen med en online plattform som har orgel-GPS, gjør det mulig for leger og sykehus å se stedet og status for orgelet i sanntid, nesten som en pizza-levering eller en Uber-biltjeneste. Mens transplantasjonsvitenskap er et uten tvil felt, tar Scaleas prosjekt forskningsbenken til sengekanten, og øker dermed levedyktigheten til blod- og vevsprøver som må hyrdes raskt over avstander på hundretusenvis av miles.
Før UAV-transport av organer kan bli en klinisk virkelighet, gjenstår det imidlertid noen betydelige hindringer. Hvilke etiske motforestillinger, hvis noen, vil givere, pasienter eller deres leger ha til ideen om å sende et organ på en uprotet drone? Vil orgelet forringes under flukten? Hvordan vil sykehus og luftfartsindustri få plass til en tilstrømning av ubemannede flygende roboter i landets begrensede luftrom? Til slutt, hvem vil bli holdt ansvarlig hvis en drone ikke klarer å levere orgelet til den tiltenkte mottakeren i tide, eller i det hele tatt?
Når en pasient trenger et organ, betyr det hvert sekund. Under kirurgi er denne kritiske perioden kjent som kald iskemi: tiden mellom kjøling av et organ etter at blodtilførselen er redusert og tiden det blir varmet ved å gjenopprette blodtilførselen. Fra det øyeblikket det fjernes fra kroppen, begynner vevet å bli dårligere, noe som gjør hurtig transport prioritert. Men det nåværende systemet for å få en nyre eller et hjerte fra punkt A til punkt B innebærer et komplekst nettverk av bud og kommersielle fly - noe som betyr hyppige forsinkelser, tapte forbindelser, til og med tapte organer.
Omtrent 33 000 avdøde organer blir transplantert og transportert hvert år i USA Når de først er blitt fjernet fra givere, er lever, hjerter, øyne, milter og andre kroppsdeler nøye pakket og bevart på is (en prosess som tar opptil to timer), før de begynner sin reise med en serie kurerer. Først må organer transporteres til flyplassen, hvor de venter på en kommersiell flyging (dette kan ta opptil 10 timer), deretter til bagasjebehandlere, som laster organer med annen gods; ofte tar en andre chartret-flyging (et helikopter) organene til destinasjonssykehuset, der de blir losset av håndterere og holdt for blodinnhenting og biopsi, før de flyttes igjen med bud til en orgelblodbank, hvor en kirurg kan sist hente dem.
Hele prosessen tar vanligvis 24 timer (og det betyr ikke forsinkelser på asfalten) og koster i gjennomsnitt 6 000 dollar, mens en chartret flytur - den vanligste transportformen for organer som trenger å fly mellom sykehus i forskjellige byer - kan overstige $ 40.000. Scaleas teknologi løfter dramatisk reisetid og kostnadsbesparelser: gitt en total reiseavstand på for eksempel 1.000 mil og en drone som flyr med 200 miles per time (halvparten av hastigheten på kommersielle fly), kan et orgel flyttes fra sykehus A til sykehus B på fem timer, med to timer i hver ende for pakking og transplantasjon, og eliminerer dermed mer enn 50 prosent av reisetiden. Det nåværende systemet, med sine mange forbindelser og muligheter for forsinkelse, gjør dermed dronelevering av organer til et levedyktig alternativ, spesielt i tilfeller der en orgelmottaker ligger tusenvis av miles fra hans eller hennes giver.
Scalea kjemper hver dag med utfordringene med organtransport, et selskap der innsatsen ofte er liv eller død. "Som kirurg elsker jeg å kunne fortelle folk at de kommer til å få ti år til å leve, " forklarer han. "Å lære at jeg ikke kan gjøre det fordi et orgel savnet forbindelsesflyet, for eksempel, er utenfor sunn fornuft." Scalea var fast bestemt på å utvikle et alternativ. Han visste at teknologien allerede eksisterte; den virkelige utfordringen var å kultivere strategiske forhold - med ingeniører, produsenter, investorer, klinikere og private flyselskaper - for å få bukt med den formidable logistikken med å få en kroppsdel fra et punkt til kloden. "Organtransport er min lidenskap og mitt oppdrag, " sier kirurgen. "Å gjeninnovere det har blitt mitt karrieremål."
For tre år siden nådde Scalea ut til University of Marylands Department of Engineering og startet arbeidet med å bygge en prototype, sammen med teknologi som ville la både en lege og en drones kontrollør overvåke statusen til et orgel langs dens luftbårne rute. Teamet valgte DJI M600 Pro for sitt eksperiment fordi de seks motorene ligger rett under deres respektive rotorer, noe som betyr at rotorer holdes langt fra et smart kjølerom. Denne separasjonen ville sikre at et orgel ble skånet for all varme som genereres av dronemotorene. Ekte organer ble brukt under testflyvningen på tre kilometer i mars 2018 og overvåket nøye fra start til landing; de viste ingen fysiologiske problemer etter sin luftetur.
Teamet møtte et par første utfordringer - å gjøre en drone liten nok til at den ikke ville legge betydelig vekt til nyttelasten, og å vurdere om endringer i høyden ville påvirke organets levedyktighet. (Det viser seg at organer, akkurat som dykkere, kan lide "svingene" når de går opp til høyden for raskt.) I tillegg til statisk testing på bakken - sørg for at kommunikasjonen mellom appen, IT-plattformen og enheten er sikker - Scalea vurderte også prototypen sin i forskjellige temperaturer og vibrasjonskrefter. Fremtidige tester vil prøve å forutsi orgelfunksjon i skiftende miljøer.
Samtidig jobbet Scalea med å utvikle sitt private selskap, Transplant Logistics and Informatics, og etablerte et formelt partnerskap med United Network for Organ Sharing, den ideelle organisasjonen som administrerer landets organtransplantasjonssystem.
Han innledet også en dialog med Federal Aviation Administration (FAA), det styrende organet som til slutt kan avgjøre skjebnen til droneassistert organleveranse. For øyeblikket begrenser luftfartsloven dronefly til mindre enn 400 fot over bakken, med en hastighet på 100 mil i timen eller mindre, og gir mandat til at droner blir fløyet i siktlinje - det vil si med en synlig sti mellom UAV og kontrollører .
Loven trenger ikke nødvendigvis å endre seg i umiddelbar fremtid, siden FAA for øyeblikket administrerer spesifiserte avvik for droner, men et mer spesifikt regelverk kan være nødvendig hvis drone-leverende organer blir normen. Selv om dronen som ble brukt i Scaleas eksperiment fløy ut bare halvannen mil og tilbake, er teamet ute etter å fase i lengre avstander (den gjennomsnittlige orgelflukten mellom sykehus i USA er omtrent 400 mil) og utforme modellene deretter. Det neste steget? Utføre en faktisk transplantasjon ved bruk av drone-levering - en prestasjon som kan være mulig på mindre enn et tiår, ifølge Scalea.
Enheten, sammen med en online plattform som har organ-GPS, gjør det mulig for leger og sykehus å se plasseringen og statusen til orgelet i sanntid. (Joseph Scalea) Etter hvert som UAV-er blir en bytrafikkvirkelighet, er en viktig (og ikke-helt-triviell) utfordring å hindre droner i å løpe inn i andre objekter: fly i luften, fotgjengere på bakken, fugler eller bygninger et sted i mellom. Fra et teknisk perspektiv betyr det en tydelig design av både maskinen og dens oppdrag. En drone som brukes til nyrelevering mellom to sykehus i samme by, kan se veldig forskjellig ut fra den som ble brukt til å transportere blod fra Columbus til Cleveland, for eksempel; vekt- og effektbehov vil variere avhengig av nyttelast, avstand og flyhastighet, som alle må defineres i begynnelsen.
Vind og sikt gir komplikasjoner for droner, som foreløpig ikke kan fly gjennom is eller skydekke - mekaniske problemer som er formidable, men ikke uoverkommelige, ifølge Jim Gregory, professor i maskinteknikk ved Ohio State University og direktør for Universitetets Aerospace Research Center . Gregory spesialiserer seg i skjæringspunktet mellom aerodynamikk og droner, et forskningsområde som inkluderer alt fra droneplanplanlegging i et vindvindvindmiljø til bakkekontroll situasjonsbevissthet.
Når du tester UAV-er, understreker Gregory (som også liker å fly fly på fritiden) tre viktige faktorer: evnen til å oppdage og unngå hindringer, å opprettholde en robust kontrollforbindelse mellom drone og bakkebasert operatør, og evnen til å verifisere en maskinens autonomi - det vil si bevise sikkerheten til et autonomt system. "Det er en god sak å gjøre for dronelevering av organer, " sier han. "Det som gjør det enklere enn, for eksempel, Amazons ide om levering av luftpakker, er at en orgelleverende drone vil reise fra ett godt kontrollert miljø til et annet godt kontrollert miljø, " forklarer han. Faktisk er sykehus allerede utstyrt med helipader som kan motta organbærende UAV-er, og mye av infrastrukturen for levering er allerede på plass.
Gregorys siste prosjekt involverer en 33 mil lang luftstrøm som reiser gjennom luftrommet i Columbus, Ohio. "Vi har laget en slags korridor for sikker UAV-trafikk, " sier han. Denne motorveien på himmelen, finansiert av Ohio Department of Transportation, kan snart tjene som en utpekt vei for droner; håpet er at mer som det kan utvikles i forbindelse med byplanleggere.
For det formål vil bakkekontrollører holde seg orientert gjennom dronens ferd, i det som en dag kan utgjøre et system med "ubemannet kontroll av flytrafikken." For tiden rapporterer de fleste droner om deres posisjon med GPS ombord - ligner på systemene som brukes av fly -trafikkontroll for kommersielle fly. Men når mennesker reiser 35 000 fot over jorden, overvåker FAA også håndverket vårt via radar: en transponder sender flere ganger sin beliggenhet gjennom noe som kalles Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B). Selvfølgelig er FAA-overvåkning av droner en ny grense, og en som uten tvil vil bli diskutert for alvor på FAA-konferansen i Baltimore i juni. "Jeg vet ikke at FAA har definert nøyaktig hvordan droneovervåkning vil fungere, " sier Gregory. "Noen tar til orde for ADS-B, men systemet kan bli overbelastet hvis det er så mange droner som flyr rundt."
På kort sikt kan Scaleas organavgivende UAV-er redusere kalde iskemitider og forbedre overlevelsesraten for isolerte pasienter som venter på organtransplantasjon; På lang sikt kan de hjelpe oss med å maksimere organallokering - det vil si eliminere de geografiske begrensningene som for øyeblikket er lagt på organer, slik at de kan gå hvor som helst når som helst - avgjørende for utvidelsen av organdonatorbassenger over hele verden.
"Fremtiden er mer overhengende enn vi alle tror, " sier Scalea.
