Знакомьтесь, информационные технологии

Ron Fearing, профессор университета штата Калифорния в Беркли, разрабатывает миниатюрную механическую муху. «Муха»-робот имеет размах крыльев в 25 мм. В перспективе железная муха будет способна копировать поведение обычной комнатной мухи (Musca domestica). Уже создан полетный модуль с ограниченными летательными возможностями. Для того чтобы крыло было способно одинаково хорошо и покачиваться, и поворачиваться, пришлось построить миниатюрный механизм весом около 20 мг, который позволяет крылу поворачиваться на 45 градусов и делать взмахи на 60 градусов, совершать 150 движений в секунду и не ломаться даже после миллиона взмахов. Тело «мухи»-робота изготавливается из тонкой нержавеющей стали. Автономным источником питания, который позволил бы «мухе»-роботу самостоятельно передвигаться в пространстве, скорее всего, станут литиевые батарейки или даже панели солнечных батарей. В мухе установлен мотор из пьезоэлектрического материала с миниатюрными керамическими кристаллами, на которые подается напряжение. Колебания пьезоэлектрического кристалла за счет кинематического потока сцепления передаются на крылья, вследствие чего они приходят в движение.

Отдел исследований военно-морского флота, оплачивающий разработку, заинтересован в использовании «мухи»-робота для наблюдения, слежения и других военных приложений. Разработчики считают возможным использовать стальную муху как основу для создания роботов-хирургов, применяемых в медицине: размеры робота не превышают в диаметре 5 мм, что позволяет производить операции внутри человеческого тела, используя минимум травмирующих хирургических инструментов.

Имея достоверную информацию, можно на качественно более высоком уровне организовать лечение как терапевтическим, так и хирургическим способом.

Операции на неотключенном сердце

Сегодня в Лондонском научном центре охраны здоровья с помощью робота-хирурга выполняют операции шунтирования коронарных сосудов сердца без вскрытия грудной клетки пациентов (делаются только пять крошечных надрезов). Во время операции сердце пациента продолжает биться. При выполнении традиционной операции вскрывается грудная клетка и останавливается сердце, а руки хирургов проникают глубоко в полость грудной клетки больного. Все операции, выполненные роботами, закончились успешно.

Первые медицинские роботы появились в 1998 году. Сейчас, в основном, используются две роботизированные хирургические системы – «Зевс», созданная в компании Computer Motion, и система «Да Винчи» производства компании Intuitive Surgical. Обе системы прошли клинические испытания и получили полное одобрение в Канаде и Европе, где правовая система в области здравоохранения более гибка, чем в США.

С момента начала применения роботов более 400 хирургов во всем мире используют их при выполнении самых разных операций. Подобная хирургия отличается почти полной бескровностью и невероятной точностью. Хирург, выполняющий операции с помощью роботов, сидит за специальным пультом в соседней комнате и контролирует операцию по цветному видеомонитору, управляя работой двух исполнительных механизмов. Компьютер связывает средства управления с инструментами, закрепленными в «руках» роботов, которыми, собственно, и делаются реальные разрезы и швы в теле пациента. На монитор подается видеосигнал с крошечной эндоскопической видеокамеры с 25-кратным увеличением, которую роботы держат в нужном положении в операционном поле. Камера позволяет хирургу рассмотреть операционное поле в масштабе, далеко превосходящем возможности обычной хирургии, когда врач пользуется только увеличивающими очками. Инструменты и камера вводятся в тело пациента через надрезы размером несколько миллиметров.

В роботизированных хирургических системах используется компьютерная программа, которая фильтрует сигналы управления, передаваемые на манипуляторы от врача-оператора, и удаляет помехи, связанные с естественным дрожанием рук, которое есть даже у лучших хирургов. Другие программы преобразуют движения рук хирурга-оператора: врач может сдвинуть рычаг на несколько сантиметров, а манипулятор перемещает инструмент всего на два миллиметра. Можно также программно усиливать амплитуду движения.

Одно из главных преимуществ применения роботов заключается в том, что в этом случае гораздо меньше травмируется организм человека, т. к. уменьшается поле активного хирургического воздействия. Соответственно, и процесс послеоперационного восстановления происходит легче и быстрее. Так, после операций шунтирования с участием роботов пациенты проводят в больнице в среднем два дня, в то время как после традиционных операций такого рода люди остаются в больнице шесть дней. Кроме того, пациентам требуется в десять раз меньше крови для переливания и у них меньше послеоперационных осложнений.

Принципиально важно, что если врач во время операции находится в соседней комнате, то он может быть и на другом континенте. Надо только, чтобы время задержки сигнала от хирурга до робота было не более установленной величины.

Операция через океан