W najbliższej przyszłości NASA i inne agencje kosmiczne po raz pierwszy od ponad pięćdziesięciu lat wyślą astronautów poza niską orbitę okołoziemską (LEO).
Jednak w przeciwieństwie do ery Apollo, misje te będą polegały na tym, że astronauci będą spędzać dłuższe okresy na Księżycu oraz podróżować na Marsa i z powrotem (z kilkumiesięcznymi operacjami na powierzchni pomiędzy nimi).
Ponadto planowana jest komercjalizacja przestrzeni kosmicznej LEO i księżycowej, co oznacza, że miliony ludzi będą mogły żyć na pokładzie kosmicznych siedlisk i osad na powierzchni ziemi daleko poza Ziemią.
To stawia wiele wyzwań, które obejmują możliwość, że chorzy i ranni nie będą mieli licencjonowanych lekarzy do wykonywania potencjalnie ratujących życie operacji.
Aby rozwiązać ten problem, profesor Shane Farritor i jego współpracownicy z University of Nebraska-Lincoln (UNL) Nebraska Innovation Campus (NIC) opracowali Miniaturized In-vivo Robotic Assistant (MIRA).
W 2024 r. ta przenośna, zminiaturyzowana platforma chirurgii wspomaganej robotami (RAS) poleci na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) na misję testową, aby ocenić jej zdolność do wykonywania procedur medycznych w przestrzeni kosmicznej.
Jest to projekt Davida i Nancy Lederer oraz Shane’a Farritora, profesora na University of Nebraska, który studiował robotykę. W ramach studiów współpracował z NASA Kennedy Space Center, Goddard Space Flight Center i Jet Propulsion Laboratory w ramach wsparcia programu NASA Mars Exploration Rover (MER).
Polegało to na pomocy w projektowaniu i montażu łazików Curiosity i Perseverance, definiowaniu ich planowania ruchu oraz wynalezieniu procesu, w którym detektory Słońca łazika są wykorzystywane do wyznaczania jego kierunku jazdy.
W 2006 r. wraz z Dmitrijem Oleynikovem, byłym profesorem chirurgii z University of Nebraska Medical Center (UNMC), założył Virtual Incision, firmę typu startup.
W kwietniu 2022 r. Farritor został uznany za inauguracyjnego zwycięzcę Faculty IP Innovation and Commercialization Award, wydawanej przez University of Nebraska za własność intelektualną.
Przez prawie 20 lat Farritor, Oleynikov i ich współpracownicy rozwijali zrobotyzowany zestaw chirurgiczny MIRA, który pozyskał ponad 100 milionów dolarów kapitału wysokiego ryzyka.
Niedawno NASA przyznała Virtual Incision grant w wysokości 100 000 dolarów w ramach programu US Department of Energy (DoE) Established Program to Stimulate Competitive Research (EPSCoR), aby pomóc inżynierom i robotykom przygotować go do testu na pokładzie ISS.
W porównaniu do konwencjonalnych zrobotyzowanych zestawów chirurgicznych, MIRA oferuje dwie zalety. Po pierwsze, jego instrumenty mogą być wprowadzane przez małe nacięcia, co pozwala lekarzom na wykonywanie minimalnie inwazyjnych operacji (takich jak operacje brzuszne i resekcje okrężnicy).
Po drugie, technologia ta mogłaby umożliwić telemedycynę, w ramach której chirurdzy mogliby przeprowadzać operacje na odległość i świadczyć usługi w miejscach oddalonych od placówek medycznych. Na Ziemi technologia ta już teraz pozwala lekarzom pomagać ludziom w odległych miejscach, gdzie usługi nie są łatwo dostępne.
Jednak technologia MIRA ma dodatkową zaletę polegającą na autonomicznym wykonywaniu operacji, co oznacza, że astronauci służący na Księżycu i Marsie mogliby otrzymać opiekę medyczną bez potrzeby korzystania z pomocy ludzkiego chirurga.
„Virtual Incision MIRA zostało zaprojektowane, aby dostarczyć moc urządzenia do chirurgii robotycznej wspomaganej przez komputer w zminiaturyzowanym rozmiarze, w celu uczynienia RAS dostępnym w każdej sali operacyjnej na naszej planecie” — powiedział John Murphy, prezes Virtual Incision, w niedawnym komunikacie prasowym firmy.
„Współpraca z NASA na pokładzie stacji kosmicznej pozwoli sprawdzić, jak MIRA może uczynić chirurgię dostępną nawet w najbardziej odległych miejscach”.
W ciągu najbliższego roku Farritor będzie współpracował z absolwentką inżynierii Rachael Wagner, aby przygotować MIRA do operacji na pokładzie ISS. Wagner rozpoczęła współpracę z Farritorem jako studentka studiów licencjackich i objęła stanowisko w Virtual Incision w 2018 r. po ukończeniu licencjatu z inżynierii mechanicznej.
Będzie to polegało na napisaniu oprogramowania, skonfigurowaniu MIRA tak, aby zmieściła się w celach eksperymentu i przetestowaniu urządzenia, aby upewnić się, że jest wystarczająco wytrzymałe, aby przetrwać wystrzelenie na pokładzie rakiety i będzie funkcjonować tak, jak trzeba w przestrzeni kosmicznej.
W sierpniu 2021 r. MIRA z powodzeniem przeprowadziła swój pierwszy zdalny zabieg chirurgiczny w ramach badania klinicznego na podstawie zwolnienia z podatku IDE (Investigational Device Exemption) wydanego przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA).
Zabieg, przeprowadzony przez dr. Michaela A. Jobsta w Bryan Medical Center w Lincoln, Nebraska, polegał na hemikolektomii prawostronnej (gdzie usuwana jest jedna połowa okrężnicy) i został wykonany za pomocą pojedynczego nacięcia w obrębie miednicy.
„MIRA jest prawdziwie przełomową platformą dla chirurgii ogólnej i jest to niezwykle satysfakcjonujące, że jestem pierwszym chirurgiem na świecie, który korzysta z tego systemu” — powiedział dr. Jobst.
„Zabieg przebiegł bezproblemowo, a pacjentka wraca do zdrowia. Jestem podekscytowany, że mogę odegrać rolę w podjęciu pierwszych kroków w kierunku zwiększenia dostępu do chirurgii wspomaganej robotycznie, która ma wyraźne korzyści dla pacjentów”.
W innym eksperymencie były astronauta Clayton Anderson (emerytowany astronauta NASA) obsługiwał MIRA z Centrum Kosmicznego Johnsona, kierując ją do wykonywania zadań przypominających operacje w sali operacyjnej w University of Nebraska Medical Center, oddalonej o 1450 km.
Podczas najbliższego testu na pokładzie ISS, MIRA będzie działać autonomicznie bez pomocy kontrolera. Na potrzeby tego testu robot będzie przecinał napięte gumowe taśmy (symulując skórę) i przesuwał metalowe pierścienie wzdłuż drutu (symulując precyzyjne operacje).
„Te symulacje są bardzo ważne ze względu na wszystkie dane, które zbierzemy podczas testów” — powiedział Wagner w komunikacie Nebraska News.
Test ten będzie najbardziej autonomicznym działaniem robota jak do tej pory, co ma na celu oszczędzenie pasma komunikacyjnego stacji kosmicznej i zminimalizowanie czasu, jaki astronauci spędzają z eksperymentem.
Celem tej misji nie jest jednak zademonstrowanie autonomii robota (która wciąż jest ograniczona), ale dopracowanie jego działania w warunkach zerowej grawitacji. Eksperymenty te pomogą zatwierdzić technologię dla przyszłych misji o długim czasie trwania na i poza niską orbitą okołoziemską.
Jak powiedziano: „NASA ma ambitne plany dotyczące podróży kosmicznych o długim czasie trwania i ważne jest, aby przetestować możliwości technologii, które mogą być korzystne podczas misji mierzonych w miesiącach i latach”.
„MIRA kontynuuje przesuwanie granic tego, co jest możliwe w RAS i jesteśmy zadowoleni z jej dotychczasowych wyników podczas prób klinicznych. Jesteśmy podekscytowani, aby zrobić krok dalej i pomóc zidentyfikować to, co może być możliwe w przyszłości, ponieważ podróże kosmiczne stają się bardziej rzeczywistością dla ludzkości”.
Ponieważ ludzie podróżują coraz dalej od Ziemi, będą musieli być jak najbardziej samowystarczalni. Na Księżycu, Marsie i innych miejscach w głębokiej przestrzeni kosmicznej misje zaopatrzeniowe są niepraktyczne, podobnie jak latanie lekarzy i pacjentów do i z tych miejsc.
Oznacza to, że oprócz możliwości uprawy własnej żywności, wykorzystania lokalnych zasobów do zaspokojenia swoich potrzeb (ISRU), polegania na bioregeneracyjnych systemach podtrzymywania życia i generowania energii elektrycznej lokalnie, będą musieli zapewnić podstawowe usługi, takie jak opieka medyczna i chirurgia.
