Робот для взяття зразків із порожнини рота може допомогти медичному персоналу

Поки ми не придумаємо щось менш неприємне, всі найнадійніші способи визначити, чи є ви носієм навіть найменшої частинки COVID-19, які існують просто зараз, передбачають неприємні процедури взяття зразків зі слизових. Навряд чи комусь подобається процес ПЛР-тестування. 

Будь то процедура через ніс або глибоко в горло до моменту, коли ви мимоволі намагаєтеся відштовхнути медсестру, взяття зразків огидної слизу не приносить задоволення пацієнтам і, ймовірно, приносить ще менше задоволення медичним працівникам, особливо коли існує реальна ймовірність того, що слиз, в якому ви зараз по лікоть, містить COVID-19.

Процес взяття мазка з ротоглотки нудний, брудний і небезпечний одночасно, що робить його ідеальним завданням для робота, якщо тільки цей робот зможе уникнути будь-яких силових впливів з боку людини в цей момент.

У статті, опублікованій в IEEE Robotics and Automation Letters, дослідники зі Шеньчженського інституту штучного інтелекту та робототехніки для суспільства представили робота, призначеного для захисту безпеки медичного персоналу під час відбору зразків, а також для звільнення їхнього часу на користь більш корисних і менш грубих справ. Давайте дивитися правді в очі: брати ці зразки не приносить задоволення нікому.

«Спалах COVID-19 спричинив смертність і захворюваність у всьому світі. Забір ротоглоткового мазка широко використовується для діагностики COVID-19 у країнах. Щоб уникнути впливу вірусу на медичний персонал, ми розробили робота з жорсткою та гнучкою муфтою (RFC) із 9 ступенями свободи (DOF), який допомагає брати зразки мазків. Цей робот складається з візуальної системи, маніпулятора UR5, мікропневматичного приводу та системи вимірювання сили», — йдеться в дослідженні. 

Дослідники зазначають, що людське горло крихке і легко травмується. Кінцеві ефектори, сконструйовані на основі жорсткої конструкції корпусу, при неправильній експлуатації можуть спричиняти фізичні пошкодження порожнини рота. Щоб трохи зменшити небезпеку, ця система поєднує руку UR5 з одноразовим м'яким мікропневматичним приводом, підключеним до датчика сили для фактичного проведення мазка в горлі, з датчиком зору, щоб визначити, куди натискати. 

На відео видно, що надмірне зусилля на приводі змусить робота зупинитися, і що у нього не виникне проблем із безпечним взяттям зразків у реальних людей-добровольців.

Занепокоєння, яке може виникнути щодо цієї системи, полягає в тому, що за задумом здається, ніби потилиця пацієнта перебуватиме в межах робочого простору UR5 або, принаймні, в межах досяжності жорстких компонентів, прикріплених до руки. 

За цим деформівним приводом стоїть недеформівний лінійний привод, що підтримується потужною роботизованою рукою з суглобами, які можуть рухатися зі швидкістю 180 градусів на секунду. Так, передбачено визначення сили, яке має зупиняти рух руки, якщо вона на щось наштовхнеться, але це програмне забезпечення, правда? 

Пацієнти почувалися б краще, якби система була сконструйована так, що рука, лінійний привод і всі інші жорсткі компоненти були б розташовані так, щоб фізично не могли завдати шкоди, — наприклад, встановивши речі так, щоб людина могла пристосуватися до того, наскільки далеко вона від системи, а не щоб система могла пристосуватися, аби дістатися до пацієнта і вийти за його межі. 

Дослідники визнають, що «механічна (обмежена) реалізація зазвичай безпечніша для відкритої мінімально інвазивної хірургії», але вважають, що програмна безпека дешевша і зручніша. Просто вона може бути менш безпечною.

Справедливості ради, перший крок тут — переконатися, що система може надійно брати зразки, адже якщо вона не може цього зробити, то навіщо взагалі турбуватися, правда? ПЛР-тестування (з використанням референсного гена, а не COVID) для перевірки ефективності методу відбору зразків показало, що зразки, взяті роботом, були повністю кваліфіковані нарівні із зразками, взятими професійним медпрацівником. Далі дослідники планують «підвищити надійність системи та перейти до клінічних випробувань».

Очікується, що робот знизить ризик і звільнить медичний персонал від тривалої повторюваної роботи з відбору зразків. Порівняно з жорстким роботом для взяття зразків, розроблений дослідниками чутливий до сили пристрій може спростити процедури взяття мазків більш безпечним і м'яким способом. Крім того, для планування руху резервного маніпулятора з дев'ятьма ступенями свободи також пропонується метод оптимізації на основі нейронної мережі з обнуленням змінних параметрів. 

Розроблену роботизовану систему перевірено шляхом відбору мазків як на фантомах ротової порожнини, так і на добровольцях. Середній час забору мазків у фантомів і добровольців становить 18 і 20 секунд відповідно. Для збереження стерильності руки та ефектора між пацієнтами мікропневматичний привод виконано у вигляді одноразового пристрою зі швидкороз'ємним з'єднанням, який легко замінюється в місці, де прикріплено одноразову захисну плівку.