Этот подвиг приближает человечество на один шаг к полностью автоматизированным операциям. Кто лучше оперирует: опытный хирург или робот? Как правило, хирурги должны делать относительно большие разрезы во время операции, тогда как маленькие инструменты робота могут выполнить меньшие разрезы. Учитывая это преимущество роботизированных систем, хирурги теперь довольно часто используют дистанционно управляемые роботизированные руки для проведения операций, сочетая точность опытного человека с минимальной инвазивностью небольшой роботизированной руки.
Тем не менее, в этих случаях хирург управляет роботом, а полностью автоматизированную роботизированную систему, которая может превзойти хирургов по точности, ещё предстоит реализовать.
Однако недавний прогресс показывает, что в ближайшем будущем роботы могут превзойти человека по производительности. В статье, опубликованной 10 мая в журнале IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, многонациональная группа учёных сообщила о результатах исследования, в котором робот смог выполнить обычную учебную хирургическую задачу с той же точностью, что и опытный хирург, при этом задача была выполнена более быстро и последовательно. В исследовании принимал участие Минхо Хван, доцент Института науки и технологий Тэгу Кёнбук в Южной Корее. Он отмечает, что многие роботизированные системы в настоящее время полагаются на автоматизированное управление кабелями, которые подвержены трению, соединению и растяжению— всё это может затруднить точное позиционирование.
«Когда люди управляют роботами, они могут компенсировать это с помощью зрительной обратной связи», — объясняет Хван. «Но автоматизация роботизированной хирургии очень сложна из-за [этих] ошибок позиционирования». В своём исследовании Хван и его коллеги взяли стандартную роботизированную систему да Винчи, которая является обычной моделью, используемой для роботизированной хирургии, и стратегически разместили 3D-печатные маркеры на её роботизированной руке. Это позволило команде отслеживать его движения с помощью датчика цвета и глубины. Затем они проанализировали движения руки с помощью алгоритма машинного обучения. Результаты показывают, что обученная модель может уменьшить среднюю ошибку отслеживания на 78 процентов, с 2,96 мм до 0,65 мм.
Фото: ieee.org
Затем исследователи испытали свою систему на опытном хирурге, который провёл более 900 операций, а также на девяти добровольцах, не имевших хирургического опыта. Участникам исследования было предложено выполнить задание на перемещение штифта, которое представляет собой стандартизированный тест для обучения хирургов, который включает в себя перемещение шести треугольных блоков с одной стороны доски на другую, а затем обратно. Хотя задача кажется достаточно простой, она требует точности до миллиметра. Участники исследования выполнили три различных варианта задания с использованием системы да Винчи: одностороннее (использование одной руки для перемещения колышка), двустороннее (использование двух рук для одновременного перемещения двух колышек) и двустороннее с перекрещиванием (использование одной руки для захвата колышка, переноса его на другую руку и размещения колышка на доска). Их производительность с помощью роботов сравнивали с полностью автоматизированной роботизированной системой, разработанной командой Хванга.
Используя одну руку, хирург превзошёл автоматизированного робота по скорости. Но в более сложных задачах, связанных с двумя руками, робот превзошёл хирурга.
Например, для самой сложной задачи (двусторонняя передача) хирург добился 100-процентного успеха при среднем времени передачи 7,9 секунды. У робота была такая же вероятность успеха, но среднее время передачи всего 6,0 секунд. «Мы были очень удивлены скоростью и точностью робота, так как очень трудно превзойти мастерство обученного человека-хирурга», — говорит Кен Голдберг, профессор кафедры электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли, который также принимал участие в исследовании. «Мы также были удивлены тем, насколько стабильным был робот; он безупречно перенёс 120 блоков без единого сбоя».
Голдберг и Хванг отмечают, что это предварительное исследование в контролируемой среде, и для достижения полностью автоматизированной роботизированной хирургии всё ещё необходимы дополнительные исследования. Но, насколько им известно, это первый случай, когда робот превзошёл человека в учебной задаче, связанной с хирургией. «Мы продемонстрировали, что быстрая и точная автоматизация возможна для одной хирургической задачи, связанной с жёсткими объектами известной формы. Следующий шаг — продемонстрировать это для других задач и в гораздо более сложной среде человеческого тела», — говорит Хван.
Фото: ecotechnica.com.ua
Он говорит, что в будущей работе команда планирует расширить свой подход к автоматизации хирургических подзадач, таких как наложение швов на ткани, и что они хотели бы использовать свои методы калибровки, планирования движений, визуального отслеживания и исправления ошибок.