آموزش رباتهای جراحی در کمتر از دو دقیقه
آموزش رباتهای جراحی برای انجام وظایف حساس پزشکی، یکی از پیچیدهترین چالشهای حوزه فناوری و درمان محسوب میشود. یک ربات جراح برای انجام کارهایی مانند عبور دادن کاتتر از داخل رگهای خونی انسان، به هزاران بار تمرین و دریافت دادههای دقیق نیاز دارد؛ اما انجام این آزمایشها روی بیماران واقعی نهتنها دشوار، بلکه از نظر ایمنی نیز محدودیتهای زیادی دارد.
شرکت انویدیا (Nvidia) با معرفی یک چارچوب شبیهسازی پزشکی متنباز، تلاش کرده است این مشکل را حل کند. این فناوری به رباتها اجازه میدهد قبل از ورود به محیط واقعی، در یک بدن مجازی تمرین کنند و میلیونها بار سناریوهای مختلف را آزمایش کنند.
نتیجه این رویکرد، کاهش چشمگیر زمان آموزش رباتهای جراحی است؛ فرآیندی که پیش از این ممکن بود ساعتها یا حتی سالها زمان نیاز داشته باشد.
شبیهساز پزشکی انویدیا چگونه کار میکند؟
انویدیا یک چارچوب متنباز با نام Medical Physics Simulation Framework معرفی کرده است که بخشی از پلتفرم Isaac for Healthcare این شرکت محسوب میشود.
این فناوری به توسعهدهندگان اجازه میدهد تعامل ابزارهای پزشکی با ساختارهای بدن انسان را در یک محیط دیجیتال شبیهسازی کنند.
برای مثال، یک ربات جراحی میتواند نحوه حرکت ابزارها، برخورد آنها با بافتهای بدن و شرایط مختلف یک عمل پزشکی را در محیط مجازی تجربه کند، بدون اینکه نیاز باشد آزمایشهای اولیه روی بیمار واقعی انجام شود.
این روش به پژوهشگران کمک میکند مدلهای هوش مصنوعی را قبل از استفاده در تجهیزات واقعی، آموزش داده و عملکرد آنها را بررسی کنند.
کاهش زمان آموزش رباتها از پنج ساعت به کمتر از دو دقیقه
یکی از مهمترین ویژگیهای شبیهساز جدید انویدیا، سرعت بالای پردازش آن است.
این شرکت اعلام کرده است که با اجرای همزمان ۸۱۹۲ محیط آموزشی روی پردازندههای گرافیکی (GPU)، زمان آموزش مدلهای رباتیک از بیش از پنج ساعت به کمتر از دو دقیقه کاهش پیدا میکند.
این تغییر میتواند تفاوت بزرگی در توسعه رباتهای پزشکی ایجاد کند. فرآیندی که پیش از این نیازمند انتظار طولانی بود، اکنون میتواند در مدت زمان بسیار کوتاهتری انجام شود.
به زبان ساده، آموزش یک ربات جراح از یک فرآیند طولانی و زمانبر به یک تمرین سریع در محیط دیجیتال تبدیل میشود.
اهمیت دادههای قابل اعتماد برای پزشکی
اگرچه سرعت آموزش اهمیت زیادی دارد، اما مهمترین دستاورد این فناوری تولید دادههای قابل بررسی و قابل اعتماد است.
در حوزه پزشکی، تنها عملکرد خوب یک سیستم هوشمند کافی نیست. شرکتهای تولیدکننده تجهیزات پزشکی باید بتوانند ایمنی و عملکرد فناوری خود را به نهادهای نظارتی ثابت کنند.
از آنجا که این چارچوب بهصورت متنباز ارائه شده است، توسعهدهندگان میتوانند دادهها، مدلها و وزنهای آموزشی را بررسی کنند و شواهد دقیقتری برای تأیید عملکرد سیستمهای هوشمند ارائه دهند.
این موضوع میتواند مسیر دریافت مجوزهای پزشکی برای رباتهای جراحی آینده را سادهتر کند.
ترکیب دو نوع فناوری فیزیکی در شبیهسازی پزشکی
چارچوب جدید انویدیا از ترکیب دو روش مختلف برای شبیهسازی استفاده میکند:
فیزیک کلاسیک برای شبیهسازی حرکات واقعی
در این بخش، موتورهای فیزیکی مانند Warp و Newton انویدیا وظیفه مدلسازی رفتارهای مکانیکی را بر عهده دارند.
این فناوری مواردی مانند اصطکاک، تماس ابزارها و مقاومت بافتهای بدن در برابر حرکت کاتتر یا سیمهای راهنما را شبیهسازی میکند.
هوش مصنوعی مولد برای پیشبینی رفتار پیچیده بدن
بخش دیگر از مدل هوش مصنوعی Cosmos H-Gen استفاده میکند تا رفتارهای پیچیدهتر مانند تغییر شکل بافتهای نرم را پیشبینی کند.
این سیستم حتی میتواند تصاویر شبیهسازیشده پزشکی مانند فلوروسکوپی، اشعه ایکس و سونوگرافی را تولید کند تا محیط تمرینی واقعیتر شود.
شرکتهای پزشکی که از این فناوری استفاده میکنند
فناوری شبیهسازی انویدیا توجه شرکتهای بزرگ حوزه رباتیک پزشکی را نیز جلب کرده است.
شرکتهایی مانند:
- مدترونیک (Medtronic)
- جانسون اند جانسون مدتک (Johnson & Johnson MedTech)
- CMR Surgical
از این چارچوب برای توسعه دوقلوهای دیجیتال جراحی و آموزش سیستمهای رباتیک استفاده میکنند.
کریس فرایر، مدیر فناوری شرکت CMR Surgical، معتقد است مدلهای متنباز باعث میشوند شرکتها بتوانند بر پایه دانش مشترک، نوآوری مسئولانهتری ایجاد کنند.
محدودیتهای شبیهسازی رباتهای جراحی
با وجود تمام مزایا، شبیهسازی دیجیتال هنوز جایگزین کامل آزمایش روی انسان نیست.
یک ربات ممکن است در محیط مجازی عملکرد بسیار خوبی داشته باشد، اما همچنان باید توانایی خود را در شرایط واقعی اتاق عمل ثابت کند.
همچنین هنوز مشخص نیست سازمانهای نظارتی پزشکی تا چه اندازه شواهد تولیدشده توسط شبیهسازیهای کامپیوتری را برای تأیید ایمنی تجهیزات پزشکی خواهند پذیرفت.
به همین دلیل، مسیر استفاده گسترده از رباتهای آموزشدیده در محیط مجازی همچنان نیازمند بررسیهای بیشتر است.
آینده رباتهای جراحی با هوش مصنوعی
ورود هوش مصنوعی به حوزه پزشکی نشان داده است که بزرگترین محدودیت در توسعه فناوریهای جدید، همیشه کمبود ایده نیست؛ بلکه دسترسی به دادههای دقیق و قابل اعتماد است.
انویدیا با ارائه این شبیهساز متنباز، راهکاری جدید برای تولید دادههای پزشکی و آموزش سریعتر رباتها ارائه کرده است.
اگر نهادهای نظارتی بتوانند ایمنی آموزشهای مجازی را تأیید کنند، ممکن است در آینده نزدیک بخش بزرگی از توسعه رباتهای جراحی در بدنهای دیجیتال انجام شود؛ جایی که ماشینها میلیونها بار تمرین میکنند تا در نهایت آماده کمک به پزشکان و بیماران شوند.