Робот-хирург отправляется на МКС, чтобы препарировать ткани космонавта

Очень скоро робот-хирург может начать свою орбиту вокруг нашей планеты — и хотя это будет не совсем металлическая гуманоидная машина в белом халате со скальпелем в руках, ее миссия, тем не менее, увлекательна. Во вторник (30 января) ученые отправят на Международную космическую станцию множество инновационных экспериментов с помощью космического корабля Cygnus компании Northrop Grumman.

Его запуск планируется не ранее 12:07. по восточноевропейскому времени (17:07 по Гринвичу) и, если все пойдет по плану, прибудем на МКС через несколько дней, 1 февраля. Действительно, один из экспериментов на борту представляет собой роботизированное устройство весом два фунта (0,9 килограмма), длиной примерно с ваше предплечье, с двумя управляемыми руками, которые держат захват и ножницы соответственно.

Этот своего рода робот-врач, разработанный компанией Virtual Incision, создан для того, чтобы когда-нибудь иметь возможность общаться с врачами-людьми на земле, одновременно внедряясь в пациента-космонавта для проведения медицинских процедур с высокой точностью.

«Более продвинутая часть нашего эксперимента будет управлять устройством отсюда, в Линкольне, штат Небраска, и рассекать смоделированные хирургические ткани на орбите», — сказал Шейн Фарритор, соучредитель Virtual Incision, во время презентации Cygnus в пятницу.

На данный момент, поскольку он находится на предварительной стадии, его будут тестировать на резиновых лентах, но команда возлагает большие надежды на будущее, поскольку миссии на Луну, Марс и за его пределы начинают катиться по конвейеру освоения космоса.

Дистанционная космическая медицина стала горячей темой в течение последних нескольких лет, поскольку космические агентства и частные космические компании разрабатывают планы различных будущих пилотируемых космических полетов.

Программа НАСА «Артемида», например, надеется отправить ботинки на Луну в 2026 году — плюс, это должно проложить путь к тому дню, когда человечество сможет сказать, что достигло Красной планеты. Ожидается, что вместе эти миссии проложат путь в далекое будущее, в котором человечество отправится в более глубокие космические путешествия, возможно, к Венере или, если мы действительно мечтаем, за пределы Солнечной системы.

Поэтому, чтобы гарантировать, что астронавты остаются в безопасности в космосе — среде, в которой они буквально не созданы для выживания, — ученые хотят убедиться, что космическая медицина развивается в тандеме с ракетами, которые доставят этих астронавтов, куда бы они ни направлялись.

На ум приходит быстрый пример: в 2021 году летный хирург НАСА Йозеф Шмид был «голопортирован» на МКС с помощью технологии HoloLens. Это что-то вроде того, как виртуальная реальность встречается с FaceTime и дополненной реальностью, если это имеет смысл.

Однако, как объясняет команда, эта миссия по роботизированной хирургии может принести пользу не только людям, исследующим пустоту космоса, но и тем, кто живет прямо здесь, на Земле.

«Если у вас есть специалист, который является очень хорошим хирургом, он может позвонить в разные места и помочь с телехирургией или дистанционной хирургией», — сказал Фарритор. «Только около 10% операционных залов сегодня роботизированы, но мы не видим причин, по которым не должно быть 100% роботизированных».

Это будет особенно важным преимуществом для больниц в сельской местности, где меньше специалистов и где операционные ограничены. На самом деле, как объяснил Фарритор, Virtual Incision финансируется не только НАСА, но и военными. «Обе группы хотят проводить операции в сумасшедших местах, — сказал он, — и наши маленькие роботы как бы поддаются такой мобильности».

Что еще растет?

Маленький робот-доктор будет далеко не один на космическом корабле Лебедь, направляющемся к МКС; Во время той же презентации, на которой Фарритор обсуждал Virtual Incision, другие эксперты говорили о том, что они планируют представить в понедельник. Во-первых, в орбитальной лаборатории к нему присоединится робот-друг — роботизированная рука.

Этот рычаг уже тестировался в условиях станции, но в рамках этой новой миссии команда надеется протестировать его в условиях полного отсутствия давления. «Отключение, повторное подключение, перемещение объектов — это то, что мы делали в ходе первого расследования», — сказала Мэй Мерфи, директор программ компании NanoRacks.

«Мы как бы повышаем сложность… мы собираемся отключить инструменты, которые мы используем, мы сможем использовать аналоги отверток и тому подобное; это позволит нам выполнять еще больше работы. .» «Мы можем пойти дальше, чем просто убрать что-то, над чем команде придется потратить время», — продолжила она.

«Теперь у нас также есть возможность выполнять дополнительную работу в более суровых условиях, которым мы не обязательно хотим подвергать команду». Тем временем Европейское космическое агентство отправит 3D-принтер, который сможет создавать небольшие металлические детали.

Цель здесь — увидеть, как структура металла, напечатанного на 3D-принтере, ведет себя в космосе по сравнению с металлом, напечатанным на 3D-принтере с Земли. По той же причине будут протестированы полупроводники, напечатанные на 3D-принтере, являющиеся ключевыми компонентами большинства электронных устройств.

«Когда мы говорим о нахождении транспортных средств в космосе в течение более длительных периодов времени без возможности поднимать и опускать припасы, нам нужно иметь возможность печатать некоторые из этих более мелких деталей в космосе, чтобы обеспечить целостность транспортного средства с течением времени», — сказала Меган Эверетт, заместитель научного сотрудника программы НАСА по МКС.

По мнению Эверетта, это также может помочь ученым узнать, можно ли напечатать на 3D-принтере в космосе некоторые виды материалов, которые невозможно напечатать на 3D-принтере на Земле. «Некоторые предварительные данные предполагают, что мы действительно можем производить более качественную продукцию в космосе по сравнению с Землей, что напрямую приведет к улучшению электроники с точки зрения производства энергии», — сказала она.

Еще один эксперимент, который будет запущен в понедельник, посвящен влиянию микрогравитации на потерю костной массы. Известный как MABL-A, он будет изучать роль так называемых мезенхимальных клеток (связанных с костным мозгом) и то, как они могут измениться при воздействии космической среды.

Это может дать представление о потере костной массы астронавтов — хорошо документированной и важной проблеме для исследователей космоса, — а также о динамике старения человека. «Мы также рассмотрим гены, которые участвуют в формировании костей, и то, как на них влияет гравитация», — сказал Абба Зубайр, профессор лабораторной медицины и патологии в клинике Майо.

Лиза Карнелл, директор отдела биологических и физических наук НАСА, рассказала о возглавляемой миссии Apex-10, которая увидит, как растительные микробы взаимодействуют в космосе. Это также может помочь понять, как повысить продуктивность растений на Земле.

Компьютеры и сетчатка

Два других ключевых эксперимента, обсуждавшихся во время презентации, включают космический компьютер и искусственный глаз — точнее, искусственную сетчатку. Начнем с последнего.

Николь Вагнер, генеральный директор компании LambdaVision, ставит перед собой ошеломляющую цель: вернуть зрение миллионам пациентов, ослепленных терминальными стадиями дегенеративных заболеваний сетчатки, такими как дегенерация желтого пятна и пигментный ретинит.

Для этого она и ее команда пытаются разработать искусственную сетчатку на основе белка, созданную с помощью процесса, известного как «электростатическое послойное осаждение». Короче говоря, это заключается в нанесении на каркас нескольких слоев белка особого типа. «Представьте себе эшафот как плотно сплетенный кусок марли», — сказал Вагнер. Однако, как она поясняет, этому процессу на Земле может препятствовать действие гравитации. А любые недостатки слоев могут существенно испортить работу искусственной сетчатки.

Итак… а как насчет микрогравитации? По ее словам, на сегодняшний день LambdaVision совершила более восьми полетов на МКС, и эксперименты показали, что микрогравитация действительно создает более однородные слои и, следовательно, более тонкие пленки для сетчатки.

«В этой миссии, — сказала она, — мы собираемся отправить на МКС порошкообразную форму бактериородопсина, которую затем ресуспендируют в растворе, и мы будем использовать специальные инструменты, в данном случае спектрометры, для изучения качества и чистоты белка на Международной космической станции, а также для проверки процесса, используемого для перевода белка в раствор». Можете ли вы представить, что врачи смогут когда-нибудь заказать в космосе несколько искусственных сетчаток, а затем доставить их на Землю для имплантации пациенту?

И что весь этот процесс может вернуть кому-то зрение? Что касается космического компьютера, Марк Фернандес, главный исследователь проекта «Космический компьютер-2», выдвинул гипотезу. «Астронавты выходят в открытый космос, и после рабочего дня перчатки проверяются на предмет износа, — сказал он. 

Это должен делать каждый космонавт после каждого выхода в открытый космос, прежде чем перчатки можно будет снова использовать». Обычно, объясняет Фернандес, команда делает несколько фотографий потенциально загрязненных перчаток в высоком разрешении, а затем отправляет эти изображения на анализ.

По его словам, на завершение и возврат этого анализа обычно уходит около пяти дней. Поэтому, надеясь решить проблему, команда в сотрудничестве с НАСА и Microsoft разработала модель искусственного интеллекта, которая может проводить анализ прямо на станции и отмечать проблемные области.

На выполнение каждого уходит около 45 секунд. «Мы собираемся сократить время с пяти дней до нескольких минут», — сказал он, добавив, что команда также провела анализ ДНК, который обычно проводится на космической станции, примерно за 12 минут. Обычно, подчеркнул он, это заняло бы месяцы. Но команда хочет убедиться, что серверы Spaceborne Computer-2 будут правильно работать на МКС, а значит, и полезная нагрузка Cygnus.

Это будет третья миссия компании на МКС. «Национальная лаборатория МКС имеет так много преимуществ, которые она приписывает нашей стране», — сказал Карнелл. «Это создает вселенную новых возможностей для следующего поколения ученых и инженеров».