Российские учёные разработали алгоритмы тактильного интернета. Это позволит делать дистанционные операции с помощью роботов

Нехватка врачей и оборудования

90 минут – столько времени есть у человека, чтобы получить помощь и избежать смерти или перманентной инвалидности при инсульте. При инфаркте помощь должна быть оказана в пределах 24 часов. Инсульт и инфаркт занимают лидирующие позиции в списке «убийц» людей во всём мире последние 15 лет. В 2016 году в общей сложности кардиоваскулярные болезни, включая инсульт, унесли жизни более 15 млн человек. Многие из этих людей умерли из-за того, что не получил медицинскую помощь вовремя.

Сегодня тысячи людей оказываются обречены на инвалидность и смерть лишь потому, что проживают в условиях, где невозможно получить своевременную медицинскую помощь. Виной тому социальное неравенство и слабое экономическое развитие региона или даже целой страны: отсутствуют специализированные госпитали, не хватает профессиональных врачей и оборудования.

В скором времени ситуация может измениться: универсальный робот, способный неустанно проводить операции, может быть установлен в любой точке страны. Удалённо управлять им будет оператор-хирург: так, в 2019 году в Индии дистанционную операцию на сердце помог провести робот, который находился в 32 километрах от врачей. CorPath GRX успешно вставил в кровеносный сосуд стент – полую трубку, чтобы восстановить ток крови. Операцию провёл председатель и главный интервенционный кардиолог института Apex Heart доктор Теджас Патель в городе Ахмедабад.

«Первый сделанный на человеке пример удалённого роботического чрескожного коронарного вмешательства представляет собой невероятное достижение интервенциональной медицины. Для меня большая честь быть частью такого важного события. Применение телеробототехники может оказать влияние на огромное количество жизней, обеспечивая лечение тем, у кого к медицинской помощи обычно нет доступа», – заявил доктор Патель.

Фото: pixabay.com

570 тыс. операций в год

Первая медицинская операция с участием робота состоялась в 1985 году: нейрохирурги воспользовались помощью машины для более точной биопсии мозга. С тех пор количество таких медицинских операций растёт из года в год. По данным Агентства по исследованиям и качеству в области здравоохранения, в 2014 году роботизированная хирургическая система «Да Винчи» осуществила 570 тыс. операций.

Благодаря миниатюрным инструментам робот позволяет проводить малоинвазивные операции с минимальным вмешательством в организм: меньше травмируются ткани, больной легче переносит послеоперационный период.

Но есть проблема – для выполнения сложных операций хирург-оператор должен находиться рядом с роботом, так как при работе по сети есть задержка. До робота не успевают с нужной скоростью дойти команды от врача. В данном случае вероятность фатальной ошибки, которая будет стоит пациенту жизни, слишком велика.

Фото: pixabay.com

От первых звонков до 5G

Всего 30 лет назад мобильные телефоны были у единиц, да и про интернет знали немногие. Разговор с другим человеком по беспроводному устройству мог вызвать удивление. Все задачи современных смартфонов выполняли компьютеры и самостоятельные гаджеты – калькуляторы, диктофоны, камеры, которым мобильная связь была не нужна. Однако учёные понимали, что будущее – за «портативными компьютерами в кармане» и передачей данных по сети.

На тот момент уже существовало первое поколение беспроводной связи с неимоверно низкой скоростью, запущенное в Японии в 1979 году, а также второе поколение, появившееся в Финляндии в 1991 году. 2G действительно было похоже на связь: абоненты могли обмениваться SMS и MMS, разговоры впервые стали закодированы в цифровом формате.

В 2000 году в Японии начало работу поколение 3G – скорость интернета увеличилась, можно было с комфортом слушать музыку, смотреть видео, участвовать в видеоконференциях. Также в начале 21 века появились прародители современных смартфонов: они умели воспроизводить аудио, видео, имели камеру и при этом потребляли мало энергии.

Читайте также:

Московские учёные разработали методику эффективной диагностики смертельных грибков

Технология 4G стартовала в Великобритании в 2012 году. Новое поколение беспроводной связи позволило пользователям играть в игры по интернету, смотреть без задержек видео высокого качества. Но сейчас настал черёд 5G. Пока точно неизвестно, какими характеристиками будет обладать связь, но очевидно, что с ней загрузка видео будет занимать считанные секунды, синхронизация в играх станет идеальной, повысится надёжность, а также уменьшится расход батареи в смартфонах.

Эволюция беспроводной передачи данных даёт и более значимые преимущества – в ближайшем будущем дистанционные операции с использованием роботов могут стать рутиной.

Время задержки сети – одна миллисекунда

Для выполнения операций на расстоянии задержка сети не должна превышать одну миллисекунду (сейчас – около 100 миллисекунд). С помощью новой компьютерной сети учёным Российского университета дружбы народов удалось добиться успеха в этом вопросе. Следующий этап – появление тактильного интернета.

«В нашей лаборатории мы создали компьютерную сеть, которая позволяет максимально ускорить обмен информацией, снизив задержку при передаче данных до одной миллисекунды. Сделать это удалось за счёт использования системы распределённых серверов, каждый из которых обрабатывает свою часть информации», – рассказал младший научный сотрудник Научного центра моделирования высокотехнологичных систем и инфокоммуникаций ИПМиТ РУДН Аммар Мутханна.

Также учёные создали уникальные алгоритмы выгрузки информации, что оптимизировало работу сети и снизило энергозатраты. Новую систему уже протестировали в лабораторных условиях. «В ходе испытаний один из исследователей надел на свою руку специальную сенсорную перчатку, которая считывала его движения. Далее сигнал передавался через нашу сеть на роботизированный манипулятор, который повторял движения человека», – пояснил Мутханна. Задержка между действиями не превысила одной миллисекунды.

Задержка в сетях 5G и так не должна превышать одной миллисекунды, её могут увеличивать процессы обработки информации, для ускорения которых и нужна данная разработка. «В качестве эксперимента дистанционные операции уже проводились ранее, однако эта практика не получила распространения по причине больших задержек сигнала. Если же после внедрения технологии 5G этот барьер будет снят, то дистанционная робот-ассистированная хирургия имеет все шансы стать рутинным делом в медицинских учреждениях», – отметил заместитель начальника Научно-исследовательского отделения ЦНИИ РТК Сергей Никитин.

Технология 5G уже принесла свои плоды в робомедицине. Первым спасённым пациентом после дистанционного хирургического вмешательства оказался поросёнок из Китая. Операция длилась около часа. Животное, по словам врачей, пришло в себя через полчаса после операции, его показатели были в норме. Операция проходила в начале 2019 года. В недалёком будущем сеть 5G позволит проводить операции на людях.

Тактильный интернет найдёт применение и в других сферах. Например, технология позволит проводить дистанционные занятия и репетиции музыкантам, а геймеры смогут погружаться в виртуальный мир и буквально кожей ощущать события, которые в нём происходят. Внедрение технологии начнётся в 2020 году, а начало массового использования можно ожидать в течение пяти лет.