Однажды выполнить вашу колоноскопию cможет робот

Исследователи во главе с инженером Марком Рентшлером путешествуют внутри человека не с помощью уменьшающего прибора, подобного тому, что был в серии мультфильмов и книг. Вместо этого они используют робота, который может перемещаться по мягкому и часто непредсказуемому ландшафту кишечника.

Рентшлер и его коллеги уже создали несколько прототипов своего робота, хотя они еще далеки от тестирования на людях. Эта машина, получившая название «Endoculus», размером с батарею движется с помощью четырех моторизованных ступеней.

Он предназначен для перемещения через толстую кишку млекопитающего, поиска и даже взятия биопсии кишечных полипов и других признаков болезни. Группа надеется, что робот однажды изменит то, как миллионы людей в Соединенных Штатах получают колоноскопию, что сделает эти общие процедуры более простыми для пациентов и более эффективными для врачей. И, по словам Рентшлера, этот проект может стать первым шагом к новой эре медицины.

Он предвидит будущее, в котором широкий спектр медицинских процедур будет выполняться не врачами, а машинами размером с таблетку - и все это, не выходя из дома. «Одна из вещей, которую я всегда хотел сделать, - это чтобы люди глотали роботов для излечения», - сказал Рентшлер, доцент кафедры машиностроения.

«Я думаю, что наука прогрессирует, чтобы позволить это, будь то через пять лет или 50». Во-первых, его команда должна адаптировать передвижения робота к окружающей средой, во многих отношениях более сложной для робота, чем другая планета. «Вы должны забыть обо всем, что вы знаете, с точки зрения передвижения, потому что движение внутри тела сильно отличается от движения на автомобиле», - сказал Рентшлер. «Окружающая среда сильно деформируется. Там присутствуют острые пики, которые вы должны преодолеть.

Тестовая дорожка

Грегори Формоза, аспирант лаборатории Рентшлера, сейчас смотрит на такую среду. Формоза берет последнюю версию команды Endoculus на тест-драйв через розовую пластиковую трубку. Это медицинское учебное устройство, которое должно имитировать размер и форму толстой кишки человека. Робот, которым Формоза управляет с помощью контроллера отXbox, быстро движется по этому необычному треку.

Он катится вперёд, подпрыгивая над складками или «хаустрой» толстой кишки - его продвижение видно по свету светодиодных ламп. Один из приемов маневренности машины заключается в ее протекторах, специально разработанных для сцепления со скользкой пищеварительной тканью.

«Он поворачивает,входя в занос, как танк», - сказал Формоза. Этот робот, хоть и движется как танк, но больше похож на мышь, также представляет собой полностью упакованное медицинское устройство с камерой, воздушным насосом для накачивания толстой кишки, водяным насосом для очистки и отверстием для инструмента для удержания биопсийных ловушек.

И, по оценкам Формозы, его можно сделать еще меньше, используя нестандартные детали. Группа знает, что шутки о проекте неизбежны. Но это тоже серьезный бизнес. Каждый год десятки тысяч американцев умирают от колоректального рака. Считается, что регулярные колоноскопии для людей в возрасте 45 лет и старше являются лучшим способом раннего выявления таких раковых заболеваний. В настоящее время на рынке представлены таблетки или маленькие камеры, которые пациенты могут проглотить, чтобы записать видео своих внутренних органов.

Но, в отличие от Endoculus, эти устройства не могут ни останавливаться, ни вращаться, сказал Мика Прендергаст, также аспирант в группе Рентшлера. «Чтобы наши роботы могли добраться до тех регионов, куда вы попадаете, с помощью пилюльки, а также могли остановиться и оглянуться вокруг - это могло бы стать большим изменением парадигмы в нашем взгляде на эти процедуры», - сказал Прендергаст.

Исследователи в настоящее время сотрудничают с гастроэнтерологом Стивеном Эдмундовичем и его командой в CU Anschutz для тестирования Endoculus у анестезированных животных. Некоторые из своих недавних результатов они сообщили на Международной конференции по интеллектуальным роботам и системам Института инженеров по электротехнике (IEEE) в 2018 году и в журнале IEEE Roboticsand Automation Letters. По словам Рентшлера, тесты на людях пройдут через несколько лет.

Роботы-врачи

Тем временем инженер придумывает способы вывести человеческий фактор из Endoculus. Его команда работает над созданием робота, который мог бы проезжать через кишечник, находить беспокоящие полипы и делать им биопсию - и все это без врача. Одна из самых больших проблем такого автономного вождения сводится к картографированию. Рентшлер объяснил, что кишечник человека - это динамическая структура, которая постоянно движется и меняет форму.

«Как вы можете определить, где вы находитесь и куда направляетесь в месте, где нет GPS, где нет дорожных или отличительных знаков?» - сказал он. Команда Рентшлера недавно получила грант в размере 900 000 долларов США от Национального научного фонда США, который финансировал предыдущие этапы этого проекта, для продолжения работы по решению проблем автоматизации, что является частью его самоописанной миссии по созданию «операционной комнаты будущего».

Он также быстро указывает, что его цель для Endoculus не состоит в том, чтобы полностью избавиться от врачей. «Но это избавит от многих рутинных вещей, чтобы они могли сосредоточиться на коренных причинах заболеваний и, в конечном итоге, на лечении», - сказал Рентшлер.