Los vehículos aéreos no tripulados, o UAV, se usan con frecuencia para tareas consideradas demasiado peligrosas para la vigilancia aérea tradicional: mapear témpanos de hielo en el Ártico, por ejemplo, o monitorear incendios forestales en California. Debido a que son relativamente baratos, pequeños, portátiles y maniobrables bajo la capa de nubes, los drones se han desplegado ampliamente en estudios geográficos, desastres ambientales, vigilancia y grabación de imágenes. Sin embargo, en los últimos años, la capacidad mejorada para detectar patrones, obtener datos en tiempo real y detectar obstáculos hace que estos robots voladores sean ideales para transportar una carga extraordinariamente preciosa: órganos humanos.
Joseph Scalea, profesor asistente de cirugía en el Centro Médico de la Universidad de Maryland, comenzó a probar drones equipados con refrigeradores y biosensores que pueden monitorear la salud de un órgano a lo largo de su viaje aéreo, el primer diseño de este tipo en los últimos 65 años de transporte de órganos. Scalea ha solicitado una patente para su tecnología, "Aparato de monitorización de órganos humanos para viajes de larga distancia" (HOMAL), que mide las propiedades biofisiológicas (temperatura, presión, vibración, altitud) de un órgano. Este dispositivo, junto con una plataforma en línea que cuenta con GPS para órganos, permite a los médicos y hospitales ver la ubicación y el estado del órgano en tiempo real, casi como una entrega de pizza o un servicio de automóvil Uber. Si bien la ciencia de los trasplantes es un campo posiblemente en evolución, el proyecto de Scalea lleva el banco de investigación al lado de la cama, lo que aumenta la viabilidad de las muestras de sangre y tejidos que deben pasarse rápidamente a distancias de cientos de miles de millas.
Sin embargo, antes de que el transporte de órganos por UAV se convierta en una realidad clínica, quedan algunos obstáculos importantes. ¿Qué objeciones éticas, de haberlas, tendrán los donantes, los pacientes o sus médicos ante la idea de enviar un órgano en un avión no tripulado? ¿Se deteriorará el órgano durante el vuelo? ¿Cómo acomodarán los hospitales y la industria de la aviación una afluencia de robots voladores no tripulados en el espacio aéreo limitado del país? Finalmente, ¿quién será responsable si un dron no entrega su órgano al destinatario previsto a tiempo, o en absoluto?
Cuando un paciente necesita un órgano, cada segundo es importante. En cirugía, este período crítico se conoce como isquemia fría: el tiempo entre el enfriamiento de un órgano después de que se ha reducido su suministro de sangre y el tiempo que se calienta al restaurar su suministro de sangre. Desde el momento en que se extrae del cuerpo, el tejido comienza a deteriorarse, haciendo que el transporte rápido sea una prioridad. Pero el sistema actual de llevar un riñón o un corazón desde el punto A al punto B involucra una compleja red de correos y aviones comerciales, lo que significa retrasos frecuentes, conexiones perdidas, incluso órganos perdidos.
Unos 33, 000 órganos fallecidos son trasplantados y transportados cada año en los Estados Unidos. Una vez que se extraen de los donantes, los hígados, los corazones, los ojos, el bazo y otras partes del cuerpo se empaquetan cuidadosamente y se conservan en hielo (un proceso que demora hasta dos horas), antes comienzan su viaje con una serie de correos. Primero, los órganos deben ser transportados al aeropuerto, donde esperan un vuelo comercial (esto puede tomar hasta 10 horas), luego a los manipuladores de equipaje, que cargan los órganos con otra carga; a menudo, un segundo vuelo fletado (un helicóptero) lleva los órganos al hospital de destino, donde los manipuladores los descargan y los retienen para la extracción de sangre y la biopsia, antes de que el mensajero los traslade nuevamente a un banco de sangre de órganos, donde un cirujano puede Última recuperarlos.
El proceso completo suele durar 24 horas (y eso no tiene en cuenta los retrasos en el asfalto) y cuesta un promedio de $ 6, 000, mientras que un vuelo fletado, el modo de transporte más común para los órganos que necesitan volar entre hospitales en diferentes ciudades, puede exceder $ 40, 000. La tecnología de Scalea promete un tiempo de viaje dramático y ahorros de costos: dada una distancia de viaje total de 1, 000 millas, por ejemplo, y un avión no tripulado que vuela a 200 millas por hora (la mitad de la velocidad de un avión comercial), un órgano podría trasladarse del hospital A al hospital B en cinco horas, con dos horas en cada extremo para el embalaje y el trasplante, lo que elimina más del 50 por ciento del tiempo de viaje. El sistema actual, con sus numerosas conexiones y oportunidades de retraso, hace que la entrega de órganos por drones sea una alternativa viable, particularmente en los casos en que un receptor de órganos está a miles de millas de su donante.
Scalea se enfrenta a diario con los desafíos del transporte de órganos, una empresa donde lo que está en juego suele ser la vida o la muerte. "Como cirujano, me encanta poder decirle a la gente que van a tener 10 años más de vida", explica. "Aprender que no puedo hacer eso porque un órgano perdió su vuelo de conexión, por ejemplo, está más allá del sentido común". Scalea estaba decidido a desarrollar una alternativa. Sabía que la tecnología ya existía; El verdadero desafío era cultivar relaciones estratégicas —con ingenieros, fabricantes, inversores, médicos y compañías aéreas privadas— para superar la formidable logística de obtener una parte del cuerpo de un punto del mundo a otro. "El transporte de órganos es mi pasión y mi misión", dice el cirujano. "Reinventarlo se ha convertido en mi objetivo profesional".
Hace tres años, Scalea contactó al Departamento de Ingeniería de la Universidad de Maryland y se puso a trabajar en la construcción de un prototipo, junto con la tecnología que permitiría a un médico y al controlador de un avión no tripulado monitorear el estado de un órgano a lo largo de su ruta aérea. El equipo seleccionó DJI M600 Pro para su experimento porque sus seis motores se encuentran directamente debajo de sus respectivos rotores, lo que significa que los rotores se mantienen lejos de un compartimento enfriador inteligente. Esa separación aseguraría que un órgano se libraría del calor generado por los motores del dron. Se usaron órganos reales durante el vuelo de prueba de tres millas en marzo de 2018 y se monitorearon cuidadosamente desde el despegue hasta el aterrizaje; no mostraron problemas fisiológicos después de su viaje aéreo.
El equipo enfrentó un par de desafíos iniciales: hacer un dron lo suficientemente pequeño como para que no agregara un peso significativo a la carga útil y evaluar si los cambios en la altitud afectarían la viabilidad de los órganos. (Resulta que los órganos, al igual que los buceadores, pueden sufrir "las curvas" cuando ascienden demasiado rápido a la altitud). Además de las pruebas estáticas en el suelo, asegurando la comunicación entre la aplicación, la plataforma de TI y el dispositivo. seguro: Scalea también evaluó su prototipo en varias temperaturas y fuerzas vibratorias. Las pruebas futuras intentarán predecir la función del órgano en entornos cambiantes.
Al mismo tiempo, Scalea trabajó para desarrollar su compañía privada, Transplant Logistics and Informatics, y estableció una asociación formal con United Network for Organ Sharing, la organización sin fines de lucro que administra el sistema de trasplante de órganos del país.
También comenzó un diálogo con la Administración Federal de Aviación (FAA), el organismo rector que finalmente puede decidir el destino de la entrega de órganos asistida por drones. Actualmente, la ley de aviación restringe el vuelo de los drones a menos de 400 pies sobre el suelo, a una velocidad de 100 millas por hora o menos, y exige que los drones vuelen en línea de visión, es decir, con una ruta visible entre el UAV y los controladores .
La ley no necesariamente tendrá que cambiar en el futuro inmediato, ya que la FAA actualmente administra exenciones específicas para drones, pero puede ser necesario un conjunto más específico de regulaciones si los órganos que administran drones se convierten en la norma. Aunque el avión no tripulado utilizado en el experimento de Scalea voló solo una milla y media y de regreso, el equipo está buscando escalonar distancias más largas (el vuelo promedio de órganos entre hospitales en los EE. UU. Es de aproximadamente 400 millas) y está diseñando sus modelos en consecuencia. ¿El siguiente paso? Según Scalea, realizar un trasplante real mediante el uso de drones, una hazaña que puede ser posible en menos de una década.
El dispositivo, junto con una plataforma en línea que cuenta con GPS para órganos, permite a los médicos y hospitales ver la ubicación y el estado del órgano en tiempo real. (Joseph Scalea) A medida que los UAV se convierten en una realidad de tráfico urbano, un desafío clave (y nada trivial) es evitar que los drones choquen con otros objetos: aviones en el aire, peatones en el suelo, pájaros o edificios en algún punto intermedio. Desde una perspectiva de ingeniería, eso significa un diseño claro tanto de la máquina como de su misión. Un dron utilizado para el suministro de riñón entre dos hospitales en la misma ciudad podría verse muy diferente del que se usa para transportar sangre de Columbus a Cleveland, por ejemplo; los requisitos de peso y potencia diferirán según la carga útil, la distancia y la velocidad de vuelo, que deben definirse desde el principio.
El viento y la visibilidad plantean complicaciones adicionales para los drones, que actualmente no pueden volar a través del hielo o la capa de nubes, problemas mecánicos que son formidables pero no insuperables, según Jim Gregory, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad Estatal de Ohio y director del Centro de Investigación Aeroespacial de la Universidad. . Gregory se especializa en la intersección de la aerodinámica y los drones, un área de investigación que incluye todo, desde la planificación de la ruta de los drones en un ambiente de vientos fuertes hasta la conciencia situacional del control del suelo.
Cuando prueba los UAV en vuelo, Gregory (que también disfruta piloteando aviones en su tiempo libre) enfatiza tres factores cruciales: la capacidad de detectar y evitar obstáculos, mantener un enlace de control robusto entre el dron y el operador terrestre, y la capacidad de verificar un autonomía de la máquina, es decir, demostrar la seguridad de un sistema autónomo. "Hay un buen caso para la entrega de órganos por drones", dice. "Lo que lo hace más fácil que, por ejemplo, la idea de entrega de paquetes aéreos de Amazon, es que un avión no tripulado que entrega órganos viajará de un ambiente bien controlado a otro ambiente bien controlado", explica. De hecho, los hospitales ya están equipados con helipuertos que pueden recibir vehículos aéreos no tripulados con órganos, y gran parte de la infraestructura para el parto ya está en su lugar.
El último proyecto de Gregory involucra un tramo aéreo de 33 millas que viaja a través del espacio aéreo en Columbus, Ohio. "Hemos creado una especie de corredor para el tráfico seguro de UAV", dice. Esta carretera en el cielo, financiada por el Departamento de Transporte de Ohio, pronto podría servir como un camino designado para drones; la esperanza es que más se pueda desarrollar en conjunto con los planificadores de la ciudad.
Con ese fin, los controladores terrestres se mantendrán informados durante todo el viaje del dron, en lo que algún día podría constituir un sistema de "control de tráfico de aeronaves no tripuladas". En la actualidad, la mayoría de los drones informan su posición mediante GPS a bordo, similar a los sistemas utilizados por el aire -control de tráfico para aviones comerciales. Pero cuando los humanos viajan 35, 000 pies sobre la Tierra, la FAA también monitorea nuestra nave a través del radar: un transpondedor transmite repetidamente su ubicación a través de algo llamado Transmisión de vigilancia dependiente automática (ADS-B). Por supuesto, la vigilancia de aviones no tripulados de la FAA es una nueva frontera, y una que sin duda será debatida en serio en la conferencia de la FAA en Baltimore este junio. "No sé si la FAA ha definido exactamente cómo funcionará la vigilancia de drones", dice Gregory. "Algunos abogan por ADS-B, pero el sistema podría sobrecargarse si hay tantos drones volando".
A corto plazo, los UAV que administran órganos de Scalea pueden reducir los tiempos de isquemia por frío y mejorar la tasa de supervivencia de pacientes aislados en espera de trasplante de órganos; a largo plazo, pueden ayudarnos a maximizar la asignación de órganos, es decir, eliminar las restricciones geográficas que actualmente se imponen a los órganos, para que puedan ir a cualquier parte en cualquier momento, esenciales para la expansión de los grupos de donantes de órganos en todo el mundo.
"El futuro es más inminente de lo que todos pensamos", dice Scalea.
