無人航空機（UAV）は、従来の空中監視では危険すぎると考えられる作業、たとえば北極の流氷のマッピング、またはカリフォルニアの森林火災の監視によく使用されます。 ドローンは比較的安価で、小型で、携帯可能で、雲に覆われた状態で機動性があるため、地理的調査、環境災害、監視、画像記録に広く配備されています。 しかし、過去数年にわたって、パターンを検出し、リアルタイムでデータを取得し、障害物を検出する能力が向上したため、これらの飛行ロボットは非常に貴重な貨物である人間の臓器を運ぶのに最適です。
メリーランド大学医療センターの外科助教授であるジョセフ・スカレアは、空中の旅を通して臓器の健康状態を監視できるクーラーとバイオセンサーを備えたドローンのテストを開始しました。これは、過去65年間の臓器輸送における最初の設計です。 スカレアは、彼の技術である「長距離旅行のための人間器官監視装置」（HOMAL）の特許を申請しました。これは器官の生物生理学的特性（温度、圧力、振動、高度）を測定します。 このデバイスと臓器GPSを備えたオンラインプラットフォームにより、医師や病院は、ピザの配達やUberカーサービスのように、臓器の位置と状態をリアルタイムで表示できます。 移植科学は間違いなく進化している分野ですが、Scaleaのプロジェクトは研究ベンチをベッドサイドに持って行き、それによって数十万マイルの距離にわたって急速に羊飼いする必要がある血液および組織サンプルの生存率を高めます。
ただし、臓器のUAV輸送が臨床的現実になる前に、いくつかの重大なハードルが残っています。 ドナー、患者、または医師は、パイロットのないドローンで臓器を送るという考えに対して、どのような倫理的異議があるのでしょうか？ 飛行中に臓器は劣化しますか？ 病院と航空業界は、国の限られた空域での無人飛行ロボットの流入にどのように対応しますか？ 最後に、ドローンが予定された受信者に臓器を予定通りに届けられなかった場合、またはまったく届けられなかった場合、誰が責任を負いますか？
患者が臓器を必要とするときは、すべてが重要です。 手術では、この重要な期間は冷虚血として知られています。つまり、血液供給が減少した後の臓器の冷却と、血液供給の回復によって温まる時間です。 体から取り除かれた瞬間から、組織は劣化し始め、迅速な輸送が優先されます。 しかし、ポイントAからポイントBに腎臓または心臓を移動させる現在のシステムには、頻繁な遅延、接続の喪失、臓器の喪失までを含む、宅配便業者と民間航空機の複雑なネットワークが含まれます。
米国では毎年約33, 000の死んだ臓器が移植および輸送されます。ドナーから摘出されると、肝臓、心臓、目、脾臓、その他の身体部分は慎重に梱包され、氷上に保存されます（最大2時間かかります）彼らは一連の宅配便で旅を始めます。 最初に、臓器を空港に運ばなければなりません。そこで空港で商業便を待ちます（最大10時間かかる場合があります）。その後、他の貨物を臓器に積み込む手荷物ハンドラーに運ばなければなりません。 多くの場合、2回目のチャーター便（ヘリコプター）が臓器を目的の病院に運び、ハンドラーによって荷降ろしされ、血液回収と生検のために保持されます。その後、外科医が臓器の血液バンクに再び移動します。最後にそれらを取得します。
プロセス全体は通常24時間かかり（駐機場での遅延は考慮されません）、平均6, 000ドルかかりますが、チャーター便（異なる都市の病院間を飛行する必要がある臓器のより一般的な輸送モード）はできます40, 000ドルを超えています。 Scaleaの技術は、劇的な移動時間とコストの節約を約束します。たとえば、総走行距離が1, 000マイルで、ドローンが時速200マイル（民間航空機の速度の半分）で飛行する場合、オルガンは病院Aから病院に移動できます。 5時間でBになり、パッケージングと移植のために両端で2時間になるため、移動時間が50％以上短縮されます。 多数の接続と遅延の機会を備えた現在のシステムは、特に臓器のレシピエントが彼または彼女のドナーから数千マイル離れている場合に、臓器のドローン送達を実行可能な代替手段にします。
Scaleaは、臓器輸送の課題に日々取り組んでいます。これは、多くの場合、生死にかかわる取り組みです。 「外科医として、私は人々がさらに10年生きることを人々に伝えることができるのが大好きです」と彼は説明します。 「たとえば、オルガンが接続便を逃したために、それができないことを知ることは常識を超えています。」スカレアは代替案を開発することを決意しました。 彼はテクノロジーがすでに存在することを知っていました。 本当の課題は、地球上のある地点から別の地点に身体部分を移動するという手ごわい物流を克服するために、エンジニア、製造業者、投資家、臨床医、民間航空会社との戦略的関係を育むことでした。 「臓器輸送は私の情熱であり、使命です」と外科医は言います。 「それを再革新することが私のキャリアの目標になりました。」
3年前、Scaleaはメリーランド大学工学部に連絡を取り、プロトタイプを構築する作業を開始しました。また、医師とドローンのコントローラーの両方が空中の経路に沿って臓器の状態を監視できるようにする技術を開発しました。 チームは、6つのモーターがそれぞれのローターの直下にあるため、実験のためにDJI M600 Proを選択しました。これは、ローターがスマートクーラーコンパートメントから遠く離れていることを意味します。 この分離により、ドローンのモーターから発生する熱から臓器を確実に保護できます。 2018年3月の3マイルのテスト飛行中に実際の臓器が使用され、離陸から着陸まで注意深く監視されました。 彼らは空中の旅の後、生理学的な問題を示しませんでした。
チームは、いくつかの初期の課題に直面しました。ドローンを十分に小さくしてペイロードに大きな重みを付けないようにし、高度の変化が臓器の生存率に影響するかどうかを評価することです。 （スキューバダイバーのように、器官が高度に急上昇すると「曲がり」を起こすことがあります。）地上での静的テストに加えて、アプリ、ITプラットフォーム、およびデバイス間の通信を確認します。安全—Scaleaは、さまざまな温度と振動力でプロトタイプを評価しました。 将来のテストでは、変化する環境での臓器機能を予測しようとします。
同時に、Scaleaは民間企業であるTransplant Logistics and Informaticsの開発に取り組み、臓器移植システムを管理する非営利組織であるUnited Network for Organ Sharingと正式なパートナーシップを確立しました。
彼はまた、ドローン支援臓器送達の運命を最終的に決定する政府機関である連邦航空局（FAA）との対話を開始しました。 現在、航空法は、ドローンの飛行を時速100マイル以下の速度で地上400フィート未満に制限し、無人偵察機は視線方向に飛行することを義務付けています。つまり、UAVとコントローラーの間に目に見える経路があります。 。
FAAは現在、ドローンの特定の免除を管理しているため、法律は必ずしも近い将来変更する必要はありませんが、ドローンを配送する臓器が標準になる場合は、より具体的な規制が必要になる場合があります。 Scaleaの実験で使用されたドローンはわずか1マイル半前後で飛び出しましたが、チームはより長い距離（米国の病院間の平均臓器飛行は約400マイル）で段階的に進み、それに応じてモデルを設計しています。 次のステップ？ Scaleaによると、ドローン配送を使用して実際の移植を実行します。これは10年以内に可能になる可能性があります。
このデバイスは、臓器GPSを備えたオンラインプラットフォームとともに、医師と病院が臓器の位置と状態をリアルタイムで表示できるようにします。 （ジョセフスカレア） UAVが都市交通の現実になったとき、重要な（そしてまったく重要ではない）課題の1つは、ドローンが他のオブジェクト（空中の飛行機、地上の歩行者、鳥や建物の中間）に走らないようにすることです。 エンジニアリングの観点から見ると、それは機械とその使命の両方の明確な設計を意味します。 同じ都市の2つの病院間で腎臓の送達に使用されるドローンは、たとえば、コロンバスからクリーブランドに血液を輸送するために使用されるドローンとは大きく異なる場合があります。 重量と電力の要件は、ペイロード、距離、飛行速度によって異なります。これらはすべて最初に定義する必要があります。
オハイオ州立大学の機械工学の教授であり、大学の航空宇宙研究センターのディレクターであるジム・グレゴリーによれば、風と視界は現在、氷や雲のカバーを飛ぶことができないドローンに複雑さをもたらします。 。 グレゴリーは、空力と無人機の交差点を専門としています。これは、突風のある環境での無人機の経路計画から地上管制の状況認識まですべてを含む研究分野です。
UAVの飛行試験を行う際、グレゴリー（空いた時間に飛行機の操縦も楽しんでいます）は3つの重要な要因を強調しています：障害物を検出して回避する能力、ドローンと地上のオペレーター間の堅牢な制御リンクを維持する能力、およびマシンの自律性、つまり、自律システムの安全性を証明します。 「臓器のドローン配送については良いケースがあります」と彼は言います。 「たとえば、Amazonのエアパッケージ配達アイデアよりも簡単になるのは、臓器配達ドローンが、適切に管理された環境から別の適切に管理された環境に移動することです」と彼は説明します。 実際、病院にはすでに臓器を搭載したUAVを受け取ることができるヘリポートが装備されており、配達のためのインフラストラクチャの多くはすでに整っています。
グレゴリーの最新プロジェクトには、オハイオ州コロンバスの空域を通過する33マイルの空気が含まれます。 「安全なUAVトラフィックのための一種の廊下を作成しました」と彼は言います。 オハイオ州運輸省によって資金提供されたこの空の高速道路は、ドローンの指定された道としてすぐに役立つかもしれません。 希望は、都市計画者と共同で開発できるようになることです。
そのため、地上管制官はドローンの移動中、いつか「無人の航空機の交通管制」システムを構成する可能性があることを常に把握します。 -民間航空機の交通管制。 しかし、人間が地球の35, 000フィート上空を移動するとき、FAAはレーダーを介して私たちの航空機も監視します。 もちろん、無人偵察機のFAA監視は新しいフロンティアであり、今年6月にボルチモアで開催されるFAA会議で真剣に議論されることは間違いありません。 「FAAがドローン監視がどのように機能するかを正確に定義していることは知りません」とグレゴリーは言います。 「ADS-Bを支持する人もいますが、非常に多くのドローンが飛んでいると、システムが過負荷になる可能性があります。」
短期的には、Scaleaの臓器提供UAVは、寒冷虚血時間を短縮し、臓器移植を待っている孤立した患者の生存率を向上させることができます。 長期的には、臓器配分を最大化するのに役立ちます。つまり、現在臓器に配置されている地理的制約を排除し、いつでもどこにでも行けるようにします。これは世界中の臓器提供者プールの拡大に不可欠です。
「未来は私たち全員が考えるよりも差し迫っています」とスカレアは言います。
