[Перевод] Гуманоидные роботы под управлением хирургов провели первую в мире операцию на живых свиньях

В рамках доклинических испытаний проверяется возможность применения гуманоидных роботов в хирургии

В ходе беспрецедентного медицинского эксперимента гуманоидные роботы хирургическим путём удалили жёлчные пузыри у живых животных. Но это были не автономные машины, заменяющие врачей-людей. В данном случае опытные хирурги-люди дистанционно управляли движениями роботов.

Телеуправляемые гуманоидные роботы провели две малоинвазивные операции по удалению жёлчных пузырей у живых свиней в ходе доклинического испытания, результаты которого были опубликованы в журнале Nature. Если этот подход в конечном итоге окажется клинически пригодным для лечения людей, хирурги смогут использовать таких гуманоидных роботов для дистанционного проведения роботизированных хирургических вмешательств в небольших больницах и клиниках, не располагающих ресурсами для установки специализированных, но дорогостоящих хирургических роботов.

«Это кратно дешевле и занимает в разы меньше места в операционной», — сказал Шанлей Лю, доцент кафедры хирургии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего, в интервью изданию «UC San Diego Today». «Поэтому таких роботов легко развернуть где угодно — от сельских районов до поля боя и даже в космосе».

В эксперименте использовался гуманоидный робот Unitree G1, произведённый ведущей китайской компанией в области робототехники Unitree. Стоимость самой дешёвой базовой модели G1 с малофункциональными руками начинается от 13 500 долларов, а стоимость доставки колеблется от 300 до 1 200 долларов; при этом добавление важных усовершенствований, таких как ловкие роботизированные руки, может легко поднять стоимость свыше 67 000 долларов.

Однако такие гуманоидные роботы китайского производства по-прежнему значительно дешевле специализированных хирургических роботов, таких как хирургическая система da Vinci компании Intuitive Surgical, стоимость которой может варьироваться от полумиллиона до нескольких миллионов долларов.

Кроме того, специализированные хирургические роботы могут весить более 800 кг и занимают значительно больше места в операционных. Для сравнения: гуманоидные роботы Unitree ростом 1,5 м и весом всего 27 кг могут оказаться более подходящими для небольших медицинских учреждений в отдалённых районах.

Конечно, система «да Винчи» компании Intuitive прошла сертификацию Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и других медицинских регулирующих органов, а также была протестирована в ходе многочисленных клинических испытаний при выполнении различных хирургических операций. Гуманоидные роботы, дистанционно управляемые хирургами, по-прежнему находятся в экспериментальной фазе, даже несмотря на то, что в ходе этого доклинического исследования они успешно провели операции на живых животных.

Проблемы, связанные с подготовкой «Surgie» к работе

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего были вынуждены изготовить специальные адаптеры, чтобы гуманоидные роботы, получившие прозвище «Surgie» [от англ. surgeon — хирург], могли удерживать хирургические инструменты. Кроме того, они разработали программное обеспечение, позволяющее плавно преобразовывать интуитивные движения человеческой руки в команды для управления хирургическими инструментами, закреплёнными на запястьях роботов.

Хирург, управлявший пультом с помощью ПК, использовал VR-очки, чтобы видеть, что он делает, а также ножную педаль для включения или отключения связи между движениями его рук и движениями хирургических инструментов. Во время первой операции на живой свинье человеческий хирург стоял рядом с гуманоидным роботом в качестве ассистента, а во время второй операции совместно работали два дистанционно управляемых робота.

Однако эксперимент также выявил существующие ограничения в использовании гуманоидных роботов для телеуправляемой хирургии. Во время операции команде приходилось делать паузы по несколько минут, чтобы перекалибровать роботов для обеспечения точности или физически переместить корпус или руку робота в нужное положение относительно медицинских инструментов. По данным издания UC San Diego Today, это означало, что операция заняла «гораздо больше времени, чем при использовании существующих специализированных хирургических систем».

Компактный корпус робота Unitree G1 с размахом рук всего 450 мм (по сравнению с размахом рук взрослого человека, составляющим от 1,6 до 1,8 м) также ограничивал радиус действия для удалённых операторов. Другие ограничения в диапазоне движений роботов в сочетании с необходимостью частой повторной калибровки во время операций увеличивали когнитивную и операционную нагрузку на хирургическую бригаду, что не является идеальным вариантом.

Любая задержка между управляющими движениями руки оператора-человека и последующими движениями робота также может иметь важное значение для будущих клинических сценариев, связанных с дистанционно управляемыми хирургическими операциями. Современные системы телеуправляемых гуманоидных роботов обычно имеют задержки в сотни миллисекунд, тогда как предыдущие исследования показывают, что для хирургических роботов в идеале задержка должна составлять менее 150 миллисекунд, пишут исследователи в своей статье.

Как начинающие хирурги-резиденты, так и опытные хирурги в целом выполняли тренировочные задачи быстрее при использовании пульта управления оборудования da Vinci Research Kit — стандарта для телероботической хирургии — по сравнению с управлением гуманоидными роботами.

Видео с хирургией с использованием телеуправляемых гуманоидных роботов.

В ожидании автономных роботов

Тем не менее исследовательская группа продолжает совершенствовать систему телеуправляемого гуманоидного робота, одновременно изучая будущие возможности. Майкл Ип, профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Сан-Диего, рассказал о цели создания «автономного хирургического ассистента», который мог бы работать бок о бок с хирургами-людьми, выполняя общие задачи, такие как подача инструментов или даже уборка операционных.

«Дистанционно управляемые и автономные гуманоидные роботы обладают реальным потенциалом для расширения доступа к жизненно важным хирургическим операциям, которые в противном случае были бы недоступны для пациентов», — заявил Ип изданию UC San Diego Today. «Это может помочь преодолеть кризис в сфере здравоохранения не только в Соединённых Штатах, но и во всём мире».

Однако многие ведущие исследователи в области робототехники сходятся во мнении, что до появления универсальных роботов, способных автономно выполнять свою работу без вмешательства человека, ещё далеко — особенно если они должны безопасно функционировать вблизи людей.