Робот для взятия проб из полости рта может помочь медицинскому персоналу

Пока мы не придумаем что-то менее неприятное, все самые надежные способы определить, являетесь ли вы владельцем даже самой крошечной частички COVID-19, которые существуют прямо сейчас, включают в себя неприятные процедуры взятия проб со слизистых. Вряд ли кому-то нравится процесс ПЦР-тестирования. 

Будь то процедура через нос или глубоко по горлу до того момента, когда вы невольно пытаетесь оттолкнуть медсестру, взятие образцов отвратительной слизи не доставляет удовольствия пациентам и, вероятно, приносит даже меньше удовольствия для медицинских работников, особенно когда есть реальная вероятность того, что слизь, в которой вы сейчас находитесь по локоть, обладает COVID-19.

Процесс взятия мазка из ротоглотки уныл, грязен и опасен одновременно, что делает его идеальной задачей для робота, если только этот робот может избежать любых силовых воздействий от человека в этот момент.

В статье, опубликованной в IEEE Robotics and Automation Letters, исследователи из Шэньчжэньского института искусственного интеллекта и робототехники для общества представили робота, предназначенного для защиты безопасности медицинского персонала во время процесса отбора проб, а также для освобождения их времени в пользу более полезных и менее грубых вещей. Давайте посмотрим правде в глаза, брать эти образцы никому не доставляет удовольствия.

«Вспышка COVID-19 вызвала смертность и заболеваемость во всем мире. Забор ротоглоточного мазка широко используется для диагностики COVID-19 в странах. Чтобы избежать воздействия вируса на медицинский персонал, мы разработали робота с жесткой и гибкой муфтой (RFC) с 9 степенями свободы (DOF), который помогает брать пробы мазков. Этот робот состоит из визуальной системы, манипулятора UR5, микропневматического привода и системы измерения силы», — говорится в исследовании. 

Исследователи отмечают, что человеческое горло хрупкое и легко травмируется. Конечные эффекторы, сконструированные на основе жесткой конструкции корпуса, при неправильной эксплуатации могут вызывать физические повреждения полости рта. Чтобы сделать вещи немного менее небезопасными, эта система сочетает в себе руку UR5 с одноразовым мягким микропневматическим приводом, подключенным к датчику силы для фактического действия мазка в горле, с датчиком зрения, чтобы определить, куда нажимать. 

На видео видно, что чрезмерное усилие на приводе заставит робота перестать двигаться, и что у него не возникнет проблем с безопасным забором образцов у реальных людей-добровольцев.

Беспокойство, которое может возникнуть с этой системой, заключается в том, что в соответствии с дизайном кажется, что затылок пациента будет находиться в пределах рабочего пространства UR5 или, по крайней мере, в пределах досягаемости жестких компонентов, прикрепленных к руке. 

За этим деформируемым приводом стоит недеформируемый линейный привод, поддерживаемый мощной роботизированной рукой с суставами, которые могут двигаться со скоростью 180 градусов в секунду. Да, включено определение силы, которое должно остановить движение руки, если она во что-то врежется, но это программно, верно? 

Пациенты чувствовали бы себя лучше, если бы система была сконструирована таким образом, что рука, линейный привод и все прочие жесткие компоненты были бы расположены таким образом, чтобы они физически не могли причинить вред, — скажем, установив вещи так, чтобы человек мог приспособиться к тому, насколько далеко он от системы, а не чтобы система могла приспособиться, чтобы достичь пациента и выйти за его пределы. 

Исследователи признают, что «механическая (ограниченная) реализация обычно более безопасна для открытой минимально инвазивной хирургии», но они считают, что программная безопасность дешевле и удобнее. Просто это может быть менее безопасно.

Справедливости ради, первый шаг здесь — убедиться, что система может надежно брать образцы, потому что, если она не может этого сделать, то зачем вообще беспокоиться, верно? ПЦР-тестирование (с использованием эталонного гена, а не COVID) для проверки эффективности метода отбора образцов показало, что образцы, взятые роботом, были полностью квалифицированы наравне с образцами, взятыми профессиональным медработником. Далее исследователи планируют «повысить надежность системы и перейти к клиническим испытаниям».

Ожидается, что робот снизит риск и освободит медицинский персонал от длительной повторяющейся работы по отбору проб. По сравнению с жестким роботом для взятия проб, разработанное исследователями чувствительное к силе устройство может упростить процедуры взятия проб мазков более безопасным и мягким способом. Кроме того, для планирования движения резервного манипулятора с девятью степенями свободы также предлагается метод оптимизации на основе нейронной сети с обнулением переменных параметров. 

Разработанная роботизированная система проверена путем отбора мазков как на фантомах ротовой полости, так и на добровольцах. Среднее время забора мазков фантомов и добровольцев составляет 18 и 20 секунд соответственно. Для сохранения стерильности руки и эффектора между пациентами микропневматический привод выполнен в виде одноразового устройства с быстросъемным разъемом, который легко заменяется в месте, где прикреплена одноразовая защитная пленка.