ربات جراح در راه ایستگاه فضایی بین‌المللی
در آینده‌ی نزدیک ناسا و دیگر آژانس‌های فضایی فضانوردان را برای اولین بار در بیش از پنجاه سال گذشته به آن‌سوی مدار پایینی زمین خواهند فرستاد. اما برخلاف عصر آپولو مأموریت‌های جدید فضانوردان شامل دوره‌های اقامت درازمدت در ماه و سفرهای طولانی به مریخ خواهد بود (به‌همراه عملیات‌های چند ماهه روی سطح مریخ در فاصله‌ی بین پروازها).
همچنین شرکت‌های مختلف خصوصی به‌دنبال تجاری‌سازی اقامت در مدار پایینی زمین یا ایستگاه‌های فضایی هستند. موضوع فوق بدین معنا است که میلیون‌ها نفر می‌توانند در اقامت‌های فضایی یا سکونت‌های سطحی در جایی به‌غیر از زمین زندگی کنند. اما زندگی در فضا چالش‌های مخصوص خود را به‌همراه دارد؛ ازجمله احتمال بیمار یا زخمی شدن فضانوردان در فضا، جایی که امکان دسترسی به متخصصان پزشکی برای انجام عمل‌های جراحی نجات‌بخش احتمالی وجود نخواهد داشت.
- با ۱۴ ربات فضایی پیشرفته آشنا شوید
برای مقابله با این چالش، پروفسور شین فاریتور و همکاران او در پردیس نوآوری نبراسکا از دانشگاه نبراسکا-لینکلن جراح رباتیک مینیاتوری این‌ویوو (به‌اختصار میرا) را طراحی کرده‌اند.
در سال ۲۰۲۴ پلتفرم ربات جراح میرا به‌سوی ایستگاه فضایی بین‌المللی پرواز خواهد کرد تا در این مأموریت فضایی توانایی آن برای انجام جراحی‌های پزشکی مورد ارزیابی قرار گیرد.
فاریتور استاد دانشکده‌ی مهندسی دانشگاه نبراسکا است که تحصیلات رباتیک خود را در مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست به پایان رسانده است. او به‌عنوان بخشی از مطالعات خود با مرکز فضایی کندی متعلق به ناسا، مرکز پروازهای فضایی ناسا و آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا به‌عنوان عضوی از برنامه‌ی سطح‌نورد اکتشافی مریخ همکاری کرده است. وظیفه‌ی او در این برنامه طراحی و مونتاژ سطح‌نوردهای کیوریاسیتی و پرسویرنس، برنامه‌ریزی حرکتی این سطح‌نوردها و ابداع روشی برای استفاده‌ی حسگرهای آن‌ها از خورشید برای مسیریابی بوده است.
در سال ۲۰۰۶ فاریتور به‌همراه دمیتری الینیکوف، استاد سابق جراحی در مرکز پزشکی دانشگاه نبراسکا شرکت شکاف مجازی را تأسیس کردند که مقر آن در پردیس نوع‌آوری نبراسکا قرار دارد.
فاریتو در آوریل ۲۰۲۲ موفق به اخذ اولین جایزه‌ی نوآوری و تجاری‌سازی مالکیت معنوی شد، جایزه‌ای که از سوی دانشگاه نبراسکا برای مالیکت معنوی اعطا می‌شود. فاریتور و الینیکوف نزدیک به بیست سال است که مشغول طراحی و توسعه‌ی ربات جراح خود هستند و تاکنون شرکت آن‌ها نزدیک به ۱۰۰ میلیون دلار سرمایه جذب کرده است.
اخیراً ناسا مبلغ ۱۰۰ هزار دلار ازطریق برنامه‌ی محرک تحقیقات رقابتی متعلق به وزارت انرژی ایالات‌متحده به این شرکت اختصاص داده است که به مهندسان رباتیک مستقر در پردیس نوع‌آوری نبراسکا در آماده‌سازی تجهیزات خود برای پرتاب و آزمایش در ایستگاه فضایی بین‌المللی کمک خواهد کرد.
میرا در مقایسه با ربات‌های جراحی معمول از دو مزیت بهره میبرد. اول اینکه تجهیزات این ربات می‌توانند ازطریق شکاف‌های کوچک وارد بدن شوند و پزشکان را قادر کنند تا جراحی‌های کاملاً غیرتهاجمی انجام دهند (مانند جراحی شکم و برداشتن قسمتی از روده‌ی بزرگ).
مزیت دوم فناوری میرا این است که جراحان را قادر می‌کند تا جراحی را از فاصله‌ی دور و جایی غیراز مرکز جراحی انجام دهند. به‌طور معمول روی زمین پزشکان از این فناوری برای کمک‌رسانی به افرادی استفاده می‌کنند که خدمات پزشکی در محل زندگی آن‌ها دردسترس قرار ندارد.
بااین‌حال فناوری استفاده‌شده در توسعه‌ی ربات جراح میرا یک مزیت اضافی دارد و آن قابلیت جراحی به‌صورت خودمختار است. درواقع فضانوردانی که در سطح مریخ یا ماه اقامت دارند می‌توانند بدون نیاز به حضور یک انسان جراح از خدمات پزشکی میرا استفاده کنند.
جان مورفی، مدیر عامل شرکت شکاف مجازی می‌گوید:
پلتفرم میرا به‌گونه‌ای طراحی شده است که بتواند توانمندی تجهیزات ربات‌های جراح را در مقیاس کوچکتر ارائه کند با این هدف که دسترسی به ربات‌های جراح را در تمام اتاق‌های جراحی زمین ممکن کند. ما قصد داریم با همکاری ناسا دریابیم که آیا میرا می‌تواند جراحی در دوردست‌ترین مکان یعنی ایستگاه فضایی بین‌المللی را ممکن کند یا خیر.
سال آینده فاریتور با ریچل واگنر، دانشجوی ارشد مهندسی همکاری خواهد کرد تا ربات میرا را برای آغاز عملیات در ایستگاه فضایی بین‌المللی آماده کنند. همکاری واگنر با فاریتور از دوران کارشناسی او شروع شد. واگنر از سال ۲۰۱۸ و پس از اخذ مدرک کارشناسی در رشته‌ی مهندسی مکانیک در شرکت فاریتور مشغول به‌کار شده است.
آماده‌سازی میرا شامل طراحی نرم‌افزار، قرار دادن میرا در یک محفظه‌ی آزمایشی و و ارزیابی استحکام ربات برای اطمینان از تحمل شرایط پرتاب و عملکرد آن در فضا خواهد بود.
در آگوست ۲۰۲۱ میرا اولین جراحی از راه دور خود را به‌عنوان بخشی از مطالعه‌ی بالینی تحت نظارت سازمان غذا و داروی ایالات متحده انجام داد. این عمل جراحی توسط دکتر مایکل جابست در مرکز پزشکی برایان در لینکلن نبراسکا صورت پذیرفت. این عمل جراحی از نوع همی‌کولکتومی راست بود (که در آن نیمه‌ی راست روده‌ی بزرگ برداشته می‌شود) و ازطریق ایجاد یک برش در ناف شخص صورت پذیرفت.
دکتر جابست در این ارتباط می‌گوید:
پلتفرم میرا یک دستاورد بزرگ در زمینه‌ی انجام جراحی‌های عمومی به حساب می‌آید و برای من بسیار مایه‌ی افتخار است که اولین پزشکی بودم که از این سیستم در جهان استفاده کرده است. عمل جراحی به‌خوبی صورت پذیرفت و و وضعیت بیماری بهبودی رضایت‌بخشی دارد. از اینکه نقشی در برداشتن اولین قدم‌ها به‌سمت افزایش دسترسی به جراحی رباتیک داشتم بسیار هیجان‌زده هستم.
در یک آزمایش دیگر کلایتون اندرسون، فضانورد سابق ناسا که در مرکز فضایی جانسون مسقر بود توانست با کنترل میرا که در مرکز پزشکی دانشگاه نبراسکا در فاصله‌ی ۱۴۵۰ کیلومتری قرار داشت یک عمل جراحی شبیه‌سازی شده را باموفقیت انجام دهد؛ اما آزمایش نهایی میرا در ایستگاه فضایی بین‌المللی به‌صورت خودمختار و بدون دخالت کنترل‌کننده خواهد بود. در این آزمایش میرا کش‌های لاستیکی به‌شدت کشیده‌شده (شبیه‌سازی پوست) را برش داده و یک سیم را از داخل حلقه‌های فلزی عبور خواهد داد (شبیه‌سازی جراحی‌های ظریف).
واگنر در این مورد می‌گوید:
این شبیه‌سازی‌ها به‌دلیل داده‌هایی که از آن‌ها جمع‌آوری خواهیم کرد بسیار حائز اهمیت هستند.
این آزمایش درواقع خودمختارترین عمل جراحی خواهد بود که یک ربات جراح انجام داده و هدف از آن کاهش استفاده از پهنای باند ایستگاه فضایی بین‌المللی و به حداقل رساندن مدت زمان درگیری فضانوردان با این آزمایش است.
بااین‌حال هدف از این مأموریت اثبات استقلال ربات نیست (که هنوز بسیار محدود است)، بلکه تغییر تنظیمات آن برای انجام عمل جراحی در شرایط گرانش صفر است. این آزمایش‌ها می‌توانند به تأیید استفاده از این تکنولوژی برای مأموریت‌های فضایی بلند مدت در مدار پایینی زمین و فراتر از آن کمک کنند.
بنابر توضیحات فاریتور «ناسا برنامه‌های جاه‌طلبانه‌ای برای سفرهای فضایی طولانی‌مدت دارد، از این رو آزمایش قابلیت‌های فناوری‌های مفید برای انجام موفقیت‌آمیز این مأموریت‌های چند ماهه یا حتی چند ساله از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. میرا مرزهای توانایی فناوری جراحی رباتیک را همچنان جابه‌جا می‌کند و ما تا اینجا از عملکرد آن در آزمایش‌های بالینی راضی هستیم. سفرهای فضایی رفته‌رفته به واقعیت تبدیل می‌شوند و ما با برداشتن گام‌های بعدی در فرایند توسعه‌ی میرا می‌توانیم به کشف فرصت‌های پیش‌روی این آینده‌ی هیجان‌انگیز کمک کنیم.»
- چگونه می‌توان رباتی ساخت که بتواند در مریخ راه برود؟
هم‌زمان با افزایش فاصله‌ی انسان‌ها از زمین باید تا جایی که امکان دارد سطح خودکفایی آن‌ها نیز افزایش پیدا کند. در ماه، مریخ یا سایر نقاط کیهان انجام مأموریت‌های تدارکاتی مجدد غیرعملی است، همین‌طور فرستادن پزشکان به این مکان‌ها یا بازگرداندن بیماران به‌زمین نیز غیرعملی به‌نظر می‌رسد. در این شرایط فضانوردان علاوه بر تولید غذا و بهره بردن از منابع محلی برای برطرف کردن نیاز‌های خود و اتکا به سیستم‌های پشتیبانی از حیات زیست‌زاینده و همچنین تولید برق مورد نیاز به‌صورت محلی، باید توانایی انجام مراقبت‌های پزشکی حیاتی و جراحی را نیز داشته باشند.
