Як розвивається робототехніка в медицині та до чого тут українські розробки

Роботи давно зустрічаються нам не на сторінках книжок письменників-фантастів, а у повсякденні. Ми автоматизуємо та роботизуємо численну кількість сфер життя, особливо в частині трудомістких процесів та там, де роботи можуть допомогти запобігати дорогих людських помилок — прикладом, у медицині. Зараз робототехніка вже є частиною багатьох індустрій, і Україна відіграє свою роль у цій технологічній революції. Про перспективи робототехніки в медичній сфері в Україні та світі й про те, як роботи вже допомагають нам одужувати — далі в цій статті.

Що по медичній робототехніці у світі: огляд ринку

За прогнозами, ринок робототехніки досягне $147 млрд до 2025. Логічно, що на ринку виникає все більше успішних гравців: Forbes порахували, що з 2019 року 1500 робототехнічних стартапів залучили близько 90 мільярдів доларів, і 20 з них є «єдинорогами», тобто їхня оцінка перевищує 1 мільярд доларів.

Серед галузей, де проникнення роботів вже є високим, в топі автомобільна індустрія: за статистикою International Federation of Robots (IFR) у 2020 році третина всіх роботів (28%) використовувалися в Automotive. Проте задіяння роботів не обмежується автопромом і відбувається у багатьох галузях: від сільського господарства, логістики та домашніх помічників до космічної індустрії та медицини.

Попри те, що автопром є номер один за рівнем використання роботів, медична сфера також демонструє високе проникнення роботів, зокрема у хірургії. Тут роботи можуть допомагати запобігати людських помилок, адже вони ніколи не втомлюються та можуть гарантувати точність дій навіть при більш популярних зараз лапароскопічних операціях, де поле зору людини обмежене. Фактори, що відіграють роль у зростанні ринку роботизованої хірургії — зменшення часу перебування в лікарні, швидше одужання, меншу ймовірність кровотечі та зручніший інтерфейс для хірургів.

На підтвердження високому проникненню в медицині — дані з США. З 2012 по 2022 рік роботизація хірургії в США зросла з 0% до 22%, тобто наразі майже чверть хірургічних операцій є роботизованою. По світу цей відсоток, звісно, менший, але прогрес є незворотним — так чи інакше роботи будуть все частіше асистувати на операціях або вести їх у тандемі з хірургами.

До 2030 року сегмент звичайних операцій буде домінувати з часткою 87%. Паралельно розвиватимуться роботизована ортопедична хірургія, нейрохірургія та задіяність роботів-асистентів у догляді за пацієнтами. Ринок хірургічних роботів у 2021 році становив 5,16 мільярда доларів США, а до 2030 року він становитиме 20,98 мільярда доларів США, зростаючи майже на 17% протягом 2021-2030 років.

Такий попит на роботів у медичній сфері пояснюється рядом плюсів. В хірургії роботи забезпечують точність дій і малоінвазивність. Попри те, що лапароскопічні операції тривають довше відкритих, вони є набагато менш інвазивними та ризикованими, тож пацієнти перебувають у лікарні менше часу та одужують швидше. Окрім роботів, які асистують безпосередньо під час операцій, роботи можуть допомагати тренувати хірургів у віртуальній реальності. Це покращує навички лікарів та запобігає помилкам. А що ще вміють роботи в медицині?

Які медичні завдання розв’язують роботи

• Роботи хірурги: роботизована система Vicarious Surgical, платформа Da Vinci від Intuitive. Ці платформи збирають аналітику, яка може використовуватися для:
  
  • аналізу операції іншими хірургами;
  • покращення контролю робота виробником на основі типових помилок;
  • діагностики загального стану робота та сповіщень про потребу в заміні зношених частин.

Таким чином, хірурги зможуть зробити свої процедури ефективнішими та забезпечити вищий рівень обслуговування пацієнтів. Ми згадували вище — на таких платформах можна запустити симуляції, навчаючи хірургів реальних сценаріїв.

• Сервісні роботи: вони виконують основні завдання, не пов’язані з роботою з пацієнтами, щоб оптимізувати операційну частину охорони здоров’я. До таких відноситься робот Moxi від Diligent Robotics — він вміє доставляти ліки та медичні матеріали й допомагає медсестрам.
• Реабілітаційні роботи: ці роботи призначені для того, аби допомагати пацієнтам відновлювати функції тіла після травм. Такі роботи можуть кріпитися до кінцівок, як Burt від Barrett Technology та MyoPro Myom.
• Роботи-екзоскелети: спеціальні роботи, що допомагають пацієнтам заново вчитися рухатися — наприклад, персональний екзоскелет ReWalk Robotics, м’які екзокостюми Гарвардської лабораторії біодизайну.
• Соціальні роботи: робот Moxie від Embodied допомагає дітям із вадами навчання розвивати свій соціальний та емоційний інтелект, а робот Pepper від Softbank Robotics — компаньйон для літніх пацієнтів.

Як щодо України?

Через війну в Україні швидко росте експертиза щодо залучення роботів для медичних цілей. Українські компанії були традиційно сильні в розробці програмного забезпечення, а тепер з очевидних причин ми активно тестуємо і знаходимо нові способи використання. Так, Україна може стати першою у світі країною, яка зможе використовувати робот-асистовану хірургію для оперативного втручання у разі бойової травми.

Окрім військової медицини, роботи застосовуються і для більш конвенційних медичних завдань. За допомогою Da Vinci в Україні вже зроблено понад 300 операцій у приватних і державних клініках країни. Крім операційних роботів, у нас існують і розробляються проєкти для симуляції та тренувань лікарів — зокрема, для Великої Британії, Чилі, Індії, Німеччини, Франції, Бельгії, Іспанії та Італії, має дозвіл в Австралії.

GlobalLogic допомагали клієнтові у доволі широкому спектрі задач пов’язаних із роботом. У першу чергу, це була розробка симулятора робота для навчання хірургів, оцінки поведінки робота та збору даних про зручність його управління. Наступною великою підсистемою, із якою працювали розробники, була консоль хірурга. Це безпосередньо обладнання, яке використовується для керування роботом. Не менш важливими були задачі з оптимізації навантаження на мережу й часу отримання інформації. Зі сторони тестування був створений план, який мав покрити різні аспекти функціонування робота та його модулів. Відповідно до цього плану був створений дизайн тестів і самі тести. У медичних проєктах є багато супровідної документації, яку треба створити. Зокрема валідаційні плани для інструментів, звіти з виконання тестів тощо. Цю документацію створювали інженери GlobalLogic. На проєкті були задіяні понад 60 українських інженерів.

Для бажаючих долучитися до розробки проєктів у сфері робототехніки є спільнота ROS Ukraine. Попри війну, ROS Ukraine співпрацює з інститутами в різних містах та закордоном, допомагає українським студентам і викладачам отримувати іноземний досвід та знання. Від початку війни ми переймаємо досвід відкриття робототехнічних лабораторій від Варшавської політехніки та ділимося ним з лабораторією на базі Львівської політехніки із залученням USAID. Цей проєкт виник саме під час війни, хоча здавалося, що можливостей для розвитку в якийсь момент суттєво поменшає.

Прогнози та висновки:

• Попит на інженерів-робототехніків зростатиме. І не тільки у розробниках програмного забезпечення, а також проєктування механічної та електричної частини.
• Проривною сферою, логічно, можуть стати саме військові роботи. Проте великий потенціал роботизації (та сфери, де роботи використовуються наразі) — це сільське господарство та логістика (крім медицини).
• У нас талановиті та висококваліфіковані інженери. Для того, щоб Україна стала лідером у розробці софту, потрібно, зокрема, впровадження роботів на місцевих підприємствах. Це суттєво збільшить потребу у спеціалістах-робототехніках і буде сприяти загальнодержавному попиту на робото-інженерів. Що своєю чергою вплине на наш позитивний імідж у світі.