Les véhicules aériens sans pilote, ou UAV, sont fréquemment utilisés pour des tâches jugées trop dangereuses pour la surveillance aérienne traditionnelle - cartographie des banquises dans l'Arctique, par exemple, ou surveillance des incendies de forêt en Californie. Parce qu'ils sont relativement peu coûteux, petits, portables et maniables sous la couverture nuageuse, les drones ont été déployés de manière intensive pour les enquêtes géographiques, les catastrophes environnementales, la surveillance et l'enregistrement d'images. Au cours des dernières années, toutefois, grâce à une meilleure capacité à détecter des modèles, à obtenir des données en temps réel et à détecter des obstacles, ces robots volants sont idéaux pour transporter une cargaison extrêmement précieuse: des organes humains.
Joseph Scalea, professeur assistant de chirurgie au centre médical de l'Université du Maryland, a commencé à tester des drones équipés de refroidisseurs et de biocapteurs capables de surveiller la santé d'un organe tout au long de son trajet aérien - la première conception de ce type réalisée depuis 65 ans. Scalea a déposé un brevet pour sa technologie «HOMAL», qui mesure les propriétés biophyisiologiques (température, pression, vibration, altitude) d'un organe. Ce dispositif, associé à une plate-forme en ligne dotée d'un GPS d'organe, permet aux médecins et aux hôpitaux de visualiser l'emplacement et l'état de l'organe en temps réel, presque comme une livraison de pizza ou un service de voiture Uber. Bien que la science de la transplantation soit un domaine en pleine évolution, le projet de Scalea met le laboratoire de recherche au chevet du patient, augmentant ainsi la viabilité des échantillons de sang et de tissus qui doivent être surveillés rapidement sur des centaines de milliers de kilomètres.
Avant que le transport d'organes par les véhicules aériens sans pilote puisse devenir une réalité clinique, il reste toutefois d'importants obstacles à surmonter. Quelles objections éthiques, le cas échéant, les donneurs, les patients ou leurs médecins auront-ils sur l'idée d'envoyer un organe sur un drone non piloté? L'organe va-t-il se détériorer pendant le vol? Comment les hôpitaux et l'industrie aéronautique vont-ils accueillir un afflux de robots volants sans pilote dans l'espace aérien limité du pays? Enfin, qui sera tenu responsable si un drone ne parvient pas à remettre son organe au destinataire prévu à temps, voire pas du tout?
Lorsqu'un patient a besoin d'un organe, chaque seconde compte. En chirurgie, cette période critique est connue sous le nom d'ischémie froide: le délai entre le refroidissement d'un organe après l'apport de son sang et son réchauffement par la restauration de son alimentation en sang. À partir du moment où il est retiré du corps, les tissus commencent à se détériorer, faisant du transport rapide une priorité. Mais le système actuel consistant à faire passer un rein ou un cœur d'un point à un autre implique un réseau complexe de messagers et d'avions commerciaux, ce qui signifie des retards fréquents, des connexions manquées et même des organes perdus.
Environ 33 000 organes décédés sont transplantés et transportés chaque année aux États-Unis. Une fois qu'ils ont été retirés des donneurs, les foies, cœurs, yeux, rates et autres parties du corps sont soigneusement emballés et conservés sur de la glace (processus qui prend jusqu'à deux heures), avant ils commencent leur voyage par une série de courriers. Tout d'abord, les organes doivent être transportés à l'aéroport, où ils attendent un vol commercial (cela peut prendre jusqu'à 10 heures), puis aux bagagistes, qui chargent les organes avec d'autres marchandises; souvent, un second vol affrété (un hélicoptère) conduit les organes à l'hôpital de destination, où ils sont déchargés par des manipulateurs et retenus pour prélèvement de sang et biopsie, avant d'être ensuite transférés par courrier vers une banque de sang d'organe, où un chirurgien peut dernière les récupérer.
L'ensemble du processus prend généralement 24 heures (sans compter les retards sur le tarmac) et coûte en moyenne 6 000 dollars, tandis qu'un vol affrété - le moyen de transport le plus courant pour les organes ayant besoin de passer d'un hôpital à l'autre - peut dépasser 40 000 $. La technologie de Scalea permet des économies considérables en temps et en coûts de voyage: avec une distance totale de voyage de 1 000 kilomètres, par exemple, et un drone volant à 200 milles à l'heure (deux fois la vitesse d'un avion commercial), un organe pourrait être déplacé de l'hôpital A à l'hôpital. B en cinq heures, avec deux heures à chaque extrémité pour l’emballage et la transplantation, éliminant ainsi plus de 50% du temps de déplacement. Le système actuel, avec ses nombreuses connexions et ses possibilités de retard, fait donc de la livraison d'organes par drone une alternative viable, en particulier dans les cas où un receveur d'organes se trouve à des milliers de kilomètres de son donneur.
Scalea est confronté quotidiennement aux défis du transport d'organes, une entreprise où les enjeux sont souvent la vie ou la mort. «En tant que chirurgien, j'aime pouvoir dire aux gens qu'ils auront encore 10 ans à vivre», explique-t-il. «Apprendre que je ne peux pas faire cela parce qu'un organe a raté son vol de correspondance, par exemple, dépasse le sens commun». Scalea était déterminé à développer une alternative. Il savait que la technologie existait déjà. Le véritable défi consistait à cultiver des relations stratégiques - avec des ingénieurs, des fabricants, des investisseurs, des cliniciens et des transporteurs aériens privés - afin de surmonter la logistique difficile de transporter une partie du corps d’un point à l’autre du globe. «Le transport d'organes est ma passion et ma mission», explique le chirurgien. "Ré-innover est devenu mon objectif de carrière."
Il y a trois ans, Scalea a contacté le département d'ingénierie de l'Université du Maryland et s'est mis à construire un prototype, ainsi qu'une technologie permettant à un médecin et à un contrôleur de drone de surveiller le statut d'un organe le long de sa route aérienne. L'équipe a choisi le DJI M600 Pro pour son expérience, car ses six moteurs sont situés directement sous leurs rotors respectifs, ce qui signifie que les rotors sont tenus à l'écart d'un compartiment de refroidissement plus intelligent. Cette séparation garantirait qu'un organe serait épargné par la chaleur générée par les moteurs du drone. De vrais organes ont été utilisés lors du vol d'essai de trois milles en mars 2018 et ont fait l'objet d'une surveillance attentive du décollage à l'atterrissage. ils ne présentaient aucun problème physiologique après leur voyage aérien.
L’équipe a dû faire face à quelques difficultés initiales: réduire la taille du drone de manière à ce qu’il n’ajoute pas de poids important à la charge utile et évaluer si des changements d’altitude auraient une incidence sur la viabilité des organes. (Il s'avère que les organes, tout comme les plongeurs, peuvent souffrir de «courbures» lorsqu'ils montent trop rapidement en altitude.) En plus des tests statiques au sol, assurez-vous que la communication entre l'application, la plate-forme informatique et l'appareil est correcte. sécurisé - Scalea a également évalué son prototype sous différentes températures et forces vibratoires. Les prochains tests tenteront de prédire la fonction des organes dans des environnements en mutation.
Parallèlement, Scalea a travaillé au développement de sa société privée, Transplant Logistics and Informatics, et a établi un partenariat formel avec le United Network for Organ Sharing, organisation à but non lucratif qui gère le système de transplantation d’organes du pays.
Il a également entamé un dialogue avec la Federal Aviation Administration (FAA), l'organe directeur qui pourrait décider du sort de l'administration d'organes assistée par drones. Actuellement, la législation aéronautique limite le vol des drones à moins de 400 pieds au-dessus du sol, à une vitesse de 100 miles / heure ou moins, et impose que les drones volent en visibilité directe, c’est-à-dire avec une trajectoire visible entre le drone et les contrôleurs. .
La loi n'aura pas nécessairement besoin d'être modifiée dans un avenir immédiat, car la FAA administre actuellement des dérogations spécifiques pour les drones, mais un ensemble de réglementations plus spécifiques peut être nécessaire si les organes de délivrance de drones deviennent la norme. Bien que le drone utilisé dans l'expérience de Scalea ait volé à un kilomètre et demi, l'équipe cherche à passer progressivement sur de plus longues distances (le vol moyen d'organes entre des hôpitaux aux États-Unis est d'environ 400 kilomètres) et à concevoir ses modèles en conséquence. L'étape suivante? Réaliser une greffe réelle à l'aide d'un drone, un exploit qui pourrait être possible en moins d'une décennie, selon Scalea.
L'appareil, associé à une plate-forme en ligne dotée d'un GPS d'organe, permet aux médecins et aux hôpitaux de visualiser en temps réel l'emplacement et l'état de l'organe. (Joseph Scalea) Alors que les UAV deviennent une réalité du trafic urbain, un défi clé (et non pas trivial) est d'empêcher les drones de heurter d'autres objets: avions dans les airs, piétons au sol, oiseaux ou bâtiments situés entre les deux. D'un point de vue technique, cela signifie une conception claire de la machine et de sa mission. Un drone utilisé pour un accouchement par rein entre deux hôpitaux de la même ville pourrait être très différent de celui utilisé pour transporter du sang de Columbus à Cleveland, par exemple; Les exigences en matière de poids et de puissance varient en fonction de la charge utile, de la distance et de la vitesse de vol, qui doivent toutes être définies au départ.
Selon Jim Gregory, professeur de génie mécanique à l'Ohio State University et directeur du centre de recherche aérospatiale de l'université, le vent et la visibilité posent de nouvelles complications pour les drones, qui ne peuvent actuellement pas traverser la glace ou la couverture nuageuse. Des problèmes mécaniques qui sont énormes mais qui ne sont pas insurmontables. . Gregory est spécialisé dans l'intersection de l'aérodynamique et des drones, un domaine de recherche qui inclut tout, de la planification de la trajectoire des drones dans un environnement venteux à la conscience de la situation du contrôle au sol.
Lors des essais en vol des UAV, Gregory (qui aime également piloter des avions dans ses temps libres) insiste sur trois facteurs essentiels: la capacité de détecter et d’éviter les obstacles, de maintenir un lien de contrôle solide entre le drone et l’opérateur au sol, et la capacité de autonomie de la machine, c’est-à-dire prouver la sécurité d’un système autonome. «La livraison d'organes par drone est une bonne affaire», dit-il. «Ce qui le rend plus facile que, par exemple, l’idée de livraison de colis aériens d’Amazon, c’est qu’un drone à délivrance d’organes se déplace d’un environnement bien contrôlé à un autre», explique-t-il. En effet, les hôpitaux sont déjà équipés d'héliport pouvant recevoir des UAV portant des organes, et une grande partie de l'infrastructure de livraison est déjà en place.
Le dernier projet de Gregory concerne une étendue d'air de 33 km traversant l'espace aérien de Columbus, dans l'Ohio. «Nous avons créé une sorte de corridor pour un trafic de drones sans danger», dit-il. Cette autoroute dans le ciel, financée par le ministère des Transports de l’Ohio, pourrait bientôt servir de voie réservée aux drones; L'espoir est que davantage comme il peut être développé en collaboration avec les urbanistes.
À cette fin, les contrôleurs au sol resteront informés tout au long du trajet du drone, dans ce qui pourrait constituer un système de «contrôle du trafic aérien sans pilote». À l'heure actuelle, la plupart des drones communiquent leur position par GPS, de la même manière que les systèmes aériens. - contrôle de la circulation pour les avions commerciaux. Mais lorsque des êtres humains se déplacent à plus de 5 000 mètres d'altitude, la FAA surveille également notre appareil via un radar: un transpondeur diffuse son emplacement à plusieurs reprises par le biais de ce qu'on appelle l'émission de surveillance dépendante automatique (ADS-B). Bien entendu, la surveillance des drones par la FAA est une nouvelle frontière, et elle fera sans doute l’objet d’un débat sérieux lors de la conférence de la FAA à Baltimore en juin. «Je ne sais pas si la FAA a défini exactement le fonctionnement de la surveillance par drones», déclare Gregory. "Certains défendent l'ADS-B, mais le système pourrait devenir surchargé s'il y a autant de drones qui volent autour."
À court terme, les drones libérant des organes de Scalea peuvent réduire les périodes d'ischémie froide et améliorer le taux de survie des patients isolés en attente d'une greffe d'organe; à long terme, ils peuvent nous aider à optimiser l'affectation des organes, c'est-à-dire à éliminer les contraintes géographiques actuellement imposées aux organes, de manière à ce qu'ils puissent aller n'importe où et à tout moment, ce qui est essentiel à l'expansion des pools de donneurs d'organes dans le monde entier.
"L'avenir est plus imminent que nous ne le pensons tous", déclare Scalea.
