Ubemandede luftfartøjer eller UAV'er bruges ofte til opgaver, der betragtes som for farlige til traditionel luftovervågning - kortlægning af isflak i Arktis, f.eks. Eller til overvågning af skovbrande i Californien. Fordi de er relativt billige, små, bærbare og manøvrerbare under skydække, er droner blevet anvendt i vid udstrækning i geografiske undersøgelser, miljøkatastrofer, overvågning og billedoptagelse. I løbet af de sidste par år har forbedret evne til at opdage mønstre, skaffe data i realtid og opdage hindringer imidlertid disse flyvende robotter ideelle til at transportere noget ekstraordinært dyrebar last: menneskelige organer.
Joseph Scalea, assisterende professor i kirurgi ved University of Maryland Medical Center, er begyndt at teste droner udstyret med kølere og biosensorer, der kan overvåge et organs helbred gennem hele sin luftrejse - det første design af sin art i de sidste 65 år med orgeltransport. Scalea har ansøgt om et patent på sin teknologi, "Human Organ Monitoring Apparat for Long-Distance Travel" (HOMAL), som måler de organiske biofysiologiske egenskaber (temperatur, tryk, vibration, højde) af et organ. Denne enhed, sammen med en online platform, der har orgel-GPS, giver læger og hospitaler mulighed for at se placeringen og status af orgelet i realtid, næsten som en pizzaudlevering eller Uber-bilservice. Mens transplantationsvidenskab er et velsagteligt felt, tager Scalea's projekt forskningsbænken til sengene og øger dermed levedygtigheden af blod- og vævsprøver, der skal hyrdes hurtigt over afstande på hundreder af tusinder af miles.
Før UAV-transport af organer kan blive en klinisk virkelighed, er der dog nogle betydelige hindringer. Hvilke etiske indvendinger, hvis nogen, vil donorer, patienter eller deres læger have til ideen om at sende et organ på en ikke-piloteret drone? Vil orgelet forringes under flyvningen? Hvordan vil hospitaler og luftfartsindustrien rumme en tilstrømning af ubemandede flyvende robotter i landets begrænsede luftrum? Endelig, hvem vil blive holdt ansvarlig, hvis en drone ikke leverer sit organ til den tilsigtede modtager til tiden eller overhovedet?
Når en patient har brug for et organ, betyder hvert sekund noget. I kirurgi er denne kritiske periode kendt som kold iskæmi: tiden mellem afkøling af et organ, efter at dets blodforsyning er reduceret, og den tid, det opvarmes ved at genoprette sin blodforsyning. Fra det øjeblik, det fjernes fra kroppen, begynder væv at forringes, hvilket gør hurtig transport en prioritet. Men det nuværende system for at få en nyre eller et hjerte fra punkt A til punkt B involverer et komplekst netværk af kurerer og kommercielle fly - hvilket betyder hyppige forsinkelser, mistede forbindelser, endda mistede organer.
Omkring 33.000 afdøde organer transplanteres og transporteres hvert år i USA Når de først er fjernet fra donorer, er lever, hjerter, øjne, milter og andre kropsdele omhyggeligt pakket og konserveret på is (en proces, der tager op til to timer), før de begynder deres rejse med en række kurerer. Først skal organer transporteres til lufthavnen, hvor de venter på en kommerciel flyvning (dette kan tage op til 10 timer), derefter til bagagehåndterere, der indlæser organer med anden fragt; ofte fører en anden chartret flyvning (en helikopter) organerne til destinationshospitalet, hvor de aflæsses af håndterere og holdes for blodindhentning og biopsi, før de igen flyttes med kurer til en organblodbank, hvor en kirurg kan sidst henter dem.
Hele processen tager typisk 24 timer (og det tager ikke højde for forsinkelser på asfalten) og koster i gennemsnit $ 6.000, mens en chartret flyvning - den mere almindelige transportform for organer, der har behov for at flyve mellem hospitaler i forskellige byer - kan overstige $ 40.000. Scalea's teknologi lover dramatisk rejsetid og omkostningsbesparelser: i betragtning af en samlet rejseafstand på for eksempel 1.000 miles og en drone, der flyver med 200 miles i timen (halve hastigheden for kommercielle fly), kunne et orgel flyttes fra hospital A til hospital B på fem timer, med to timer i hver ende til emballering og transplantation, hvorved mere end 50 procent af rejsetiden fjernes. Det nuværende system med sine mange forbindelser og muligheder for forsinkelse gør således drone-levering af organer til et levedygtigt alternativ, især i tilfælde, hvor en organmodtager befinder sig tusinder af miles fra hans eller hendes donor.
Scalea kæmper dagligt med udfordringerne ved organtransport, en virksomhed, hvor indsatserne ofte er liv eller død. ”Som kirurg elsker jeg at kunne fortælle folk, at de får 10 år til at leve, ” forklarer han. ”At lære, at jeg ikke kan gøre det, fordi et organ for eksempel glip af sin forbindelsesflyvning er ud over sund fornuft.” Scalea var fast besluttet på at udvikle et alternativ. Han vidste, at teknologien allerede eksisterede; den virkelige udfordring var at kultivere strategiske forhold - med ingeniører, producenter, investorer, klinikere og private luftfartsselskaber - for at overvinde den formidable logistik ved at få en kropsdel fra et punkt på kloden til et andet. ”Organtransport er min lidenskab og min mission, ” siger kirurgen. ”Genindovering af det er blevet mit karrieremål.”
For tre år siden nåede Scalea til University of Marylands Institut for Ingeniørarbejde og begyndte at arbejde på at opbygge en prototype sammen med teknologi, der kunne lade både en læge og en drone-controller kontrollere status for et orgel langs dens luftbårne rute. Holdet valgte DJI M600 Pro til deres eksperiment, fordi dets seks motorer ligger direkte under deres respektive rotorer, hvilket betyder, at rotorer holdes langt fra et smart kølerum. Denne adskillelse ville sikre, at et organ blev skånet for enhver varme, der genereres af dronemotorerne. Rigtige organer blev brugt under testflyvningen på tre kilometer i marts 2018 og overvåget omhyggeligt fra start til landing; de udviste ingen fysiologiske problemer efter deres luftrejse.
Holdet stod overfor et par indledende udfordringer - at gøre en drone lille nok, så den ikke ville tilføje nyttelasten væsentlig vægt, og at vurdere, om ændringer i højden ville påvirke organets levedygtighed. (Det viser sig, at organer, ligesom dykkere, kan lide ”bøjningerne”, når de stiger op til højden for hurtigt.) Ud over statisk test på jorden - sørg for kommunikation mellem appen, IT-platformen og enheden sikker - Scalea vurderede også sin prototype i forskellige temperaturer og vibrationskræfter. Fremtidige tests vil forsøge at forudsige organfunktion i skiftende miljøer.
Samtidig arbejdede Scalea med at udvikle sin private virksomhed, Transplant Logistics and Informatics, og etablerede et formelt partnerskab med United Network for Organ Sharing, den nonprofitorganisation, der administrerer landets organtransplantationssystem.
Han indledte også en dialog med Federal Aviation Administration (FAA), det styrende organ, der i sidste ende kan afgøre skæbnen for droneassisteret organudlevering. I øjeblikket begrænser luftfartsloven droneflyvning til mindre end 400 fod over jorden, med en hastighed på 100 miles i timen eller mindre, og kræver, at droner flyves i synsvinklen - det vil sige med en synlig sti mellem UAV og controllere .
Loven behøver ikke nødvendigvis at ændre sig i den nærmeste fremtid, da FAA i øjeblikket administrerer specificerede undtagelser for droner, men et mere specifikt sæt regler kan være nødvendigt, hvis droneleverende organer bliver normen. Selvom dronen, der blev brugt i Scaleas eksperiment, fløj kun halvanden kilometer tilbage, ser teamet ud på at fase i længere afstande (den gennemsnitlige orgelflyvning mellem hospitaler i USA er ca. 400 miles) og designe dens modeller i overensstemmelse hermed. Det næste trin? Udførelse af en faktisk transplantation ved hjælp af dronelevering - en bedrift, der kan være mulig på mindre end et årti, ifølge Scalea.
Enheden sammen med en online platform, der har orgel-GPS, giver læger og hospitaler mulighed for at se placeringen og status af orgelet i realtid. (Joseph Scalea) Efterhånden som UAV'er bliver en bytrafikrealitet, er en nøgle (og ikke-i det hele taget triviel) udfordring at forhindre droner i at løbe ind i andre objekter: fly i luften, fodgængere på jorden, fugle eller bygninger et eller andet sted imellem. Fra et teknisk perspektiv betyder det et klart design af både maskinen og dens mission. En drone, der blev brugt til nyrelevering mellem to hospitaler i den samme by, kan se meget forskellig ud fra en, der bruges til at transportere blod fra Columbus til Cleveland, for eksempel; vægt og effektbehov varierer afhængigt af nyttelast, afstand og flyvehastighed, som alle skal defineres fra starten.
Vind og synlighed giver komplikationer til droner, der i øjeblikket ikke kan flyve gennem is eller skydække - mekaniske problemer, der er formidable, men ikke uovervindelige, ifølge Jim Gregory, professor i maskinteknik ved Ohio State University og direktør for Universitetets Aerospace Research Center . Gregory har specialiseret sig i skæringspunktet mellem aerodynamik og droner, et forskningsområde, der inkluderer alt fra droneplanplanlægning i et vindskibende vindmiljø til jordkontrol situationsbevidsthed.
Når flyvetest UAV'er understreger Gregory (der også nyder at pilotere fly i sin fritid) tre afgørende faktorer: evnen til at opdage og undgå forhindringer, at opretholde en robust kontrolforbindelse mellem drone og jordbaseret operatør og evnen til at verificere en maskinens autonomi - det vil sige bevise sikkerheden i et autonomt system. ”Der er en god sag, der skal laves til dronelevering af organer, ” siger han. ”Det, der gør det lettere end at sige, Amazons idé om levering af luftpakker, er, at en orgelleverende drone vil rejse fra et godt kontrolleret miljø til et andet godt kontrolleret miljø, ” forklarer han. Faktisk er hospitaler allerede udstyret med helikopterplader, der kan modtage organbærende UAV'er, og meget af infrastrukturen til levering er allerede på plads.
Gregorys seneste projekt involverer en 33 mil lang luftstrækning, der rejser gennem luftrummet i Columbus, Ohio. ”Vi har oprettet en slags korridor til sikker UAV-trafik, ” siger han. Denne motorvej på himlen, finansieret af Ohio Department of Transportation, tjener muligvis snart som en udpeget sti til droner; håbet er, at mere som det kan udvikles sammen med byplanlæggere.
Med henblik herpå vil jordkontrollører holde sig informeret under dronens rejse, i hvad der en dag kan udgøre et system med "ubemandet fly-trafikstyring." På nuværende tidspunkt rapporterer de fleste droner deres position med GPS ombord - svarende til de systemer, der bruges i luften -trafikstyring for kommercielle fly. Men når mennesker rejser 35.000 fod over jorden, overvåger FAA også vores håndværk via radar: en transponder udsender gentagne gange sin placering gennem noget, der kaldes Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B). Naturligvis er FAA-overvågning af droner en ny grænse, og en, der uden tvivl vil blive drøftet for alvor på FAA-konferencen i Baltimore i juni. ”Jeg ved ikke, at FAA har defineret nøjagtigt, hvordan droneovervågning vil fungere, ” siger Gregory. "Nogle går ind for ADS-B, men systemet kan blive overbelastet, hvis der er så mange droner, der flyver rundt."
På kort sigt kan Scaleas organ-leverende UAV'er reducere kolde iskæmitider og forbedre overlevelsesraten for isolerede patienter, der venter på organtransplantation; på lang sigt kan de hjælpe os med at maksimere oraltildeling - det vil sige eliminere de geografiske begrænsninger, der i øjeblikket er pålagt organer, så de kan gå hvor som helst når som helst - afgørende for udvidelsen af organdonorpuljer i hele verden.
"Fremtiden er mere forestående end vi alle tror, " siger Scalea.
