Duke-Arzt und Ingenieur, Doktorand, der medizinische Roboter für die NASA entwirft

Veröffentlichungsdatum: 30. Juni 2020

DURHAM – Die Entwicklung eines Roboters, der einem Astronauten in der Schwerelosigkeit autonom eine Infusion in den Arm legen kann, erfordert kluge, leidenschaftliche und beharrliche Ingenieure. Welches Team wäre für dieses Projekt besser geeignet als Duke, ein Arzt und Ingenieur? Dan Buckland, der sowohl Assistenzprofessor für Maschinenbau und Materialwissenschaften als auch Notarzt und Doktorand im Maschinenbau ist Siobhan Oca?

Die NASA ist von dieser Idee überzeugt und hat vor Kurzem ihr Projekt „Automated Vascular Access for Spaceflight“ finanziert Humanforschungsprogramm mit einem einjährigen Zuschuss von $150.000.

Buckland sagte, autonome medizinische Verfahren könnten diese Ziele fördern und dass die autonome Platzierung einer Infusion besonders hilfreich wäre, da dies der erste Schritt fast aller medizinischen Verfahren oder Diagnosen sei.

Dies ist der erste Schritt auf dem langen Weg, den Roboter mit Besatzung an Bord zu schicken Artemis Missionen zum Mond und später zum Mars werden jedoch am Boden stattfinden. Bis zum Ende dieses Zuschusses hoffen Buckland und Oca, die Genehmigung des Institutional Review Board zu erhalten, um den Roboter an menschlichen Armen zu testen. Hoffentlich führt dies zu einer Finanzierung, um den Prototyp während des Weltraumflugs zu testen.

Laut Oca gibt es bereits Roboter, die Infusionen in die Arme von Patienten einführen, aber sie alle bedürfen der Aufsicht eines Arztes. Das Gerät, das Buckland und Oca entwerfen, ist für die Verwendung durch jemanden ohne klinische Ausbildung oder sogar einen Kliniker in der Nähe gedacht. Dabei wird eine nichtinvasive Ultraschallsonde verwendet, um die richtige Vene zu lokalisieren und sie vor allem von einer Arterie zu unterscheiden. Im Gegensatz zu anderen Robotern muss er jedoch aus Gründen der menschlichen Sicherheit auch über Teile verfügen, die sich zur Sterilisation in einem Autoklaven an Bord leicht entfernen lassen oder wegwerfbar sind. Der Motor, der in einem Autoklaven nicht überhitzt werden kann, muss außerdem vor Verschmutzung geschützt und für den Betrieb in der Schwerelosigkeit kalibriert werden.

„Das System muss leicht zu reinigen und so einfach zu bedienen sein, dass man sich nicht mit der Nadel sticht. Darüber hinaus muss es leicht, zuverlässig und kostengünstig sein“, sagte Oca. „Eigentlich verwenden wir einen recht preisgünstigen Ultraschall – das ist der Punkt.“

Dieses Projekt passt zu einem allumfassenden Traum, den beide haben: Medizin leichter zugänglich zu machen, insbesondere in ressourcenarmen Umgebungen. Der Platz ist mit seinen vielen Einschränkungen und begrenzten Bordvorräten eine ressourcenarme Umgebung. Zu den weiteren hier auf der Erde gehört der indische Gesundheitsdienst der USA mit seinen abgelegenen Standorten und dem Mangel an Ärzten.

Oca ist kein Unbekannter darin, ihrer Leidenschaft trotz Zwängen, auch wenn sie ohne Vorwarnung auftreten, beharrlich nachzugehen. Als sie 11 Jahre alt war, floh ihre Familie vor den Verwüstungen des Hurrikans Katrina aus ihrer Heimat New Orleans und ließ sich in Richmond, Virginia, nieder. Während ihres ersten Studienjahres an einer öffentlichen High School für akademisch begabte Schüler, während sie auf dem Weg war, Ärztin zu werden, trat sie in ihre Fußstapfen Als sie von ihren beiden Eltern getrennt wurde, verlor sie aus unerklärlichen Gründen einen erheblichen Teil ihrer Sehkraft.

Mit einer immer noch unerschütterlichen Leidenschaft, Menschen durch Medizin zu helfen, wechselte sie zu einem Grundstudium des Maschinenbaus am MIT und erwarb anschließend einen Master-Abschluss in translationaler Medizin in einem gemeinsamen Programm der University of California-Berkeley und der University of California-San Francisco. Von dort aus wechselte sie zu einem Startup-Unternehmen und nutzte ihr neu erworbenes Know-how in den Bereichen Regulierung und Marketing, um bei der Kommerzialisierung eines Medizinprodukts zu helfen.

„Mir wurde jedoch klar, dass ich die Person sein möchte, die bei der Entscheidung über das Design mithilft, und so beschloss ich, noch einmal zu promovieren“, sagte sie. Diese Entscheidung brachte sie 2018 zum PhD-Programm von Duke in Maschinenbau und Materialwissenschaften.

„Es war ein großes Glück, dass ich mit Dan zusammenarbeiten durfte, denn er war nicht an der Fakultät, als ich mich bei Duke beworben habe. Durch Dan bin ich sozusagen speziell auf die Medizinrobotik gekommen und ich bin sehr aufgeregt darüber“, sagte sie.

Hier kommt ihre Beharrlichkeit ins Spiel – wie ein gut entwickelter Muskel, der durch den täglichen Gebrauch gestärkt wird. Sie nutzt ihr Mobiltelefon, um Dokumente zum Lesen zu vergrößern, und ihr räumliches Gedächtnis, um sich die Anordnung von Symbolen und Befehlen in Software zu merken. Sie verwendet auch viele andere effektive Problemumgehungen, die es ihr ermöglicht haben, Studenten bei der Erstellung von Entwürfen für den Ultraschallhalter und den Winkelmechanismus des Roboters mithilfe von CAD-Software (Computer Aided Design) zu unterstützen.

„Bei jeder neuen Software, die ich verwenden muss, merke ich mir, wo sich alles befindet. Ich weiß, wo sich alles in Microsoft Word befindet“, sagte Oca. Sie spielt auch eine ihrer Stärken aus, nämlich das Codieren und Programmieren der Mensch-Roboter-Interaktion, weil sie diese einfacher auf einem Bildschirm vergrößern kann.

„Es liegt mir am Herzen, Dinge zu bauen, um Menschen zu helfen“, sagte sie.

(C) Duke University Pratt School of Engineering

Ursprünglicher Beitrag von: WRAL TechWire