Новые возможности медицинских роботов: беременность и курение
По мере развития робототехники они начинают заниматься очень человеческим поведением - как курение и рождение ребенка.
С их грубой силой, неустанным повторением функций и невероятными скоростями роботы стали незаменимыми в сегодняшней индустрии. Фабричная автоматизация может быть самым известным применением роботов, но их потенциальные приложения оказываются далеко за пределами подъема тяжелых предметов или быстрых и точных движений.
В то время как исследователи из медицинского центра Колумбийского университета обучают новичков беременным роботом-симулятором пациента, ученые из Гарвардского университета разработали робот-курящий робот для изучения загадок хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ).
Симуляторы для пациентов
Чтобы позволить молодым врачам столкнуться с более реалистичными ситуациями, Gaumard Scientific разработала Викторию, которая является высокоточным роботом в натуральную величину, чтобы имитировать беременного пациента на грани доставки ребенка. Виктория, которая является самым передовым и самым дорогим продуктом, предлагаемым компанией, рождает еще одного манекена-малыша по имени Тори. Виктория мигает, дышит и говорит врачу, что ребенок идет!
Виктория доставляет ребенка. Изображение предоставлено Гаумардом
Компания выпускает 300 медицинских тренажеров и отправляет свою продукцию в больницы, сестринские школы и университеты по всему миру. С помощью этих продуктов медсестры и врачи могут практиковать реагирование в сложных ситуациях, таких как случай сдачи казема, лечение пациентов с травмой, проверка новорожденного и многое другое. Это дает новичкам возможность учиться, совершать ошибки и получать уверенность в себе, не причиняя вреда пациентам в этом процессе.
Виктория и Тори. Изображение предоставлено Гаумардом
По словам Салли Миллер из Лаборатории навыков и моделирования в Школе медсестер Университета Вандербильта в Нэшвилле, штат Теннесси, эти симуляторы пациентов могут обеспечить безопасный способ учиться и совершать ошибки. Она помнит время, когда у симулятора для новорожденных пациентов было много проводов, выходящих из робота; Тем не менее, новейшая технология имеет супер-умные вычисления внутри и использует беспроводную связь для дистанционного управления. Они также выглядят намного реалистичнее.
Механизм курения для курения
Ученые также разработали робота, который принимает участие в еще одной очень человеческой деятельности: курение. Этот робот, построенный Гарвардом, обеспечивает дальнейшее понимание ХОБЛ. ХОБЛ - это заболевание, вызванное долговременным плохим воздушным потоком, который проявляется при кашле и одышке, и в конечном итоге затрудняет пациенту подняться по лестнице или нести вещи.
Робот использует вращающийся держатель сигареты для загрузки до 12 сигарет за раз.
Курительный робот. Изображение предоставлено Университетом Висса
Чтобы иметь реалистичную модель курения человека, используется программируемый респиратор, который может имитировать, как люди держат сигарету, вдыхают ее и, наконец, медленно выдыхают. Робот один за другим заряжает заряженные сигареты и курит их под индивидуальные интенсивности и частоты. Таким образом, у ученых может быть легко контролируемый субъект, который имитирует курящий стиль, похожий на реальные случаи.
Затем дым, создаваемый роботом, проходит через прозрачный чип, содержащий живые клетки легких. Робот использует канал для обеспечения питательных веществ, необходимых для поддержания клеток легких. Включая чип для здоровых клеток, а другой для нездоровых клеток, можно сравнить реакцию клеток легких нездорового пациента с клетками здорового человека.
Хотя мыши очень полезны во многих медицинских экспериментах, они не подходят для имитации характеристик курения человека. Они дышат в основном носом. Кроме того, чтобы заставить их курить, ученым нужно положить их в дымовую коробку. Поэтому нелегко моделировать разные интенсивности и частоты курения. Кроме того, иммунная система животного отличается от иммунной системы человека, и поэтому они реагируют иначе, чем человеческая воля. Следовательно, результаты этих испытаний ненадежны. И последнее, но не менее важное: использование робота для выполнения этих экспериментов будет более гуманным подходом, чем экспериментировать с животными.
Выводы из реального Бендера
Благодаря роботу-курящему роботу ученые обнаружили некоторые важные особенности ячеек, которые подвергаются воздействию сигаретного дыма. Они нашли образцы экспрессии генов, включая усиление генов, которые пытаются защитить клетки от окислительного стресса. Экспрессия гена является строго регулируемым процессом, который превращает инструкции в нашу ДНК в функциональные продукты, такие как белки. Проще говоря, экспрессия генов не только включает / выключает процесс получения белков, но также контролирует количество, которое производится. Упреждающее регулирование означает, что процесс увеличивает количество клеточного компонента, такого как РНК или белок.
Удивительно, но новый эксперимент показал, что только после 9 сигарет наблюдается повышенный уровень генов.
Другим важным открытием исследования является то, что воздействие сигаретного дыма ухудшает реснички - слой крошечных волос, которые переносят слизистую бактерию из легких. Эксперимент показал, что волоски реснички больного пациента так же, как волосы здорового человека; однако движения не организованы достаточно, когда реснички подвергаются воздействию дыма. Так как реснички пациента не работают должным образом, слизи собираются в легких и, как следствие, начинается кашель.
Это изображение из сканирующего электронного микроскопа демонстрирует реснички (фиолетовые) на эпителии легких. Изображение предоставлено Гарвардским университетом
Ученые также изучили влияние электронных сигарет на их электронное легкое. К счастью, в этом случае образцы экспрессии генов и дезорганизованные движения ресничек не наблюдались. Это дает некоторые доказательства того, что электронные сигареты могут быть более безопасными.
Короче говоря, робот-курящий робот разрушает свои легкие, чтобы помочь исследователям лучше понять ХОБЛ и найти для него новые решения. Первые результаты этого эксперимента опубликованы в журнале Cell Systems.