Hightech vs corona

shutterstock corona1

Welke technologie helpt ons in de strijd tegen SARS-CoV-2?

Lastige vraagstukken vragen om innovatieve oplossingen. En de mensheid ondersteunen in haar strijd tegen COVID 19 is zo’n lastig vraagstuk. Of beter gezegd een hele waslijst aan vraagstukken. In het kielzog van diagnose, behandeling en preventie liggen namelijk tal van taken die moeilijk, duur, ingrijpend of nog nooit gedaan zijn. Veel robotliefhebbers denken dan al snel: zou ik daar een robot voor kunnen gebruiken? Of hoe kan vision een steentje bijdragen? Een overzicht van enkele opmerkelijke toepassingen en uitvindingen.

Een krantenbericht uit de vorige eeuw dat afgelopen dagen op WhatsApp, Facebook en Twitter circuleerde sprak van een lockdown ter vertraging van de Spaanse griep. Alleen voor de dagelijkse boodschap mocht men naar buiten. Met in achthouding van gepaste afstand en in het bezit van de juiste winkelbon. Helaas konden die maatregelen niet voorkomen dat de griep vele miljoenen levens eiste. Dat aantal zou waarschijnlijk fors lager zijn uitgepakt als onze voorouders over dezelfde kennis en hightech hulpmiddelen hadden kunnen beschikken als ons momenteel ter beschikking staan.

shutterstock corona2

Dronebewaking

Voorkomen is beter dan genezen. Maar bij een pandemie kan je voorkomen vergeten en doe je aan beperken. De verspreidingssnelheid afremmen door preventieve maatre­gelen. Handen wassen en de mensen op afstand houden. Minstens anderhalve meter zoals bij ons. In sommige landen gaat men zelfs over naar een heuse lockdown. Ga je ongeoorloofd een luchtje schepen? Dan mag je je portemonnee trekken. Mits je betrapt wordt natuurlijk. Want met een handjevol agenten de hele bevolking in de gaten houden is lastig, ontdekten ook de autoriteiten. Naar Chinees voorbeeld kwamen ook Spanje, Frankrijk en Groot-Brittannië met een droneoplossing. Uiteraard niet zonder kritiek. Dronepolitie klinkt nu eenmaal wat dystopisch. Sommige Britten waren bovendien verbolgen over hoe ongehoorzame burgers met drones tot internetsensatie gemaakt werden. Boetedoening door naming and shaming als sociaal drukmiddel in plaats van een geldboete. Andere landen waar drones gesignaleerd zijn als lockdownhandhaver zijn Tunesië, India en de VS. En ook in Nederland en België zijn er inmiddels drones aan het werk. Naast een camera, zijn sommige exemplaren ook uitgerust met nachtvisie en een luidspreker. Zo kunnen ook op afstand in het donker aanwijzingen gegeven worden.

Desinfectierobots

Naast het fysiek scheiden van mensen zijn ook reinigen en ontsmetten een prima preventieve maatregel. Kan je dat met een robot doen? Natuurlijk zullen de mensen met een robotstofzuiger gedacht hebben. Maar wie wat dieper in de materie duikt, komt er achter dat er ook autonome karretjes zijn met een grote UV-lamp aan boord. Sommige zoals het Modulab-ontwerp uit Boekarest betreffen nog een prototype. Het autonome rijdeel komt dan feitelijk uit de logistiek. Maar er zijn ook partijen die al de nodige jaartjes bezig zijn. UVD Robots uit Denemarken bijvoorbeeld. Of wat te denken van Xenex uit San Antonia die met hun LightStrike Germ-Zapping Robots al eens ebola te lijf gingen in Texas. Of wat te denken van Robot Violet uit Ierland. Vers van de pers, maar start-up Askara robotics denkt er snel 50 te kunnen maken. Dit soort getallen laten overigens wel zien dat er een spontaan tekort aan desinfectierobots is ontstaan. Xenex - die overigens het sterkere Xenon UV gebruikt in plaats van het gebruikelijke UV-C liet in een interview weten er op korte termijn zo’n 1.000 te kunnen leveren. Voor het UVD met vergelijkbare omvang zal dat in dezelfde orde van grootte liggen. Gelukkig hebben de Chinezen, die in hun coronastrijd twee maanden voorliepen op de rest van de wereld, ook hier hulp toegezegd. Ook zij gebruikten in diverse ziekenhuizen robots om overdag de temperatuur van patiënten te meten en ‘s nacht verschillende ruimtes te desinfecteren. Vergelijkbare systemen worden momenteel ook ingezet om de metro’s van Wuhan weer rijklaar te maken en houden.

  Xenex

 

De desinfectierobot van Xenex werkt met xenon in plaats van UV.

Telerobotica

Een voor de hand liggend hulpmiddel in de strijd tegen corona is natuurlijk ook de telerobot. Het type zorgrobot is om begrijpelijke redenen erg populair geworden. Waren zij voorheen voornamelijk in de ziekenhuizen aanwezig om bezoekers de weg te wijzen of patiënten hun eten en medicijnen te brengen, tegenwoordig is het takenpakket aardig uitgebreid. Om fysiek contact met verplegend personeel tot een minimum te bepreken, meten de robots ook de lichaamstemperatuur middels warmtebeeldcamera’s, nemen ze speekselmonsters af, kunnen ze een echo maken of luisteren naar organen. Enkele zorgrobots die onlangs in het nieuws kwamen zijn de Ninja Robot - die eigenlijk als ‘robotmonitor’ was ontwikkeld - uit Thailand en de CloudMind Robot uit Beijing die in maar liefst 50 Chinese ziekenhuizen tewerk werden gesteld om het fysieke contact met patiënten substantieel te kunnen terugdringen. Op diverse plekken zijn telerobots ook in gezet voor koortsdetectie, het virtueel bekijken van musea (bijvoorbeeld Tetem in Enschede) of het bezorgen van een maaltijd. Een sector waar telerobots al mondjesmaat werden ingezet - maar zij door quarantainemaatregelen extra kunnen ondersteunen - is de thuiszorg. Hier is de robot naast een ‘monitor’ en ‘assistentie op afstand’ ook een hulpmiddel tegen vereenzaming.

  CloudMind

 

De Chinese CloudMind Robot.

Infervision

Uiteraard speelt ook kunstmatige intelligentie een grote rol als het gaat om zinnige informatie halen uit grote datasets. Zo helpt kunstmatige intelligentie artsen bij het beoordelen van CT-scans van de longen van patiënten die besmet zijn met het Covid-19-virus. Infervision, een AI-systemen dat mede is ontwikkeld door het Wuhan Tongji Ziekenhuis in China, is zo’n softwareplatform. Infervision is ook geïnstalleerd op het Campus Bio-Medico Universiteitsziekenhuis in Rome om Covid-19 patiënten te screenen en te diagnosticeren. De AI-modellen werden getraind op CT-beelden van de longen van Covid-19 gevallen in Wuhan. Het model is getraind om mogelijke coronaviruslaesies in de CT-scan op te sporen en het volume, de vorm en de dichtheid ervan te meten. Het kan ook veranderingen van meerdere longletsels vergelijken, wat de arts helpt om snel beslissingen te nemen. Een recente publicatie in RSNA Radiologie concludeerde dat een diepgaand leermodel Covid-19 nauwkeurig kan detecteren en onderscheiden van longontsteking en andere longaandoeningen. De multicentrische studie ontwikkelde een neuraal netwerk dat in staat is om visuele kenmerken uit volumetrische CT-scans van de borstkas te halen om Covid-19 op te sporen. Het model werd ook gevoed met beelden van community acquired pneumonie (CAP) en andere niet-pneumonie CT-scans, waarbij de resultaten aantoonden dat het neurale netwerk onderscheid kon maken tussen de verschillende ziekten.

  Infervision

 

De ooit voor longkankerdetectie ontwikkelde software van Infervision herkent nu corona.

Verspreidingsmodellen

Er zijn inmiddels heel wat databergen die specialisten kunnen doorworstelen om te kijken naar mogelijke wapens tegen corona. Een van die wapens is het voorspellen van het aantal besmettingen en de verspreiding van het virus en de mogelijke impact die de door overheden getroffen maatregelen hebben. Het Canadese BlueDot is een van de AI-bedrijven die zich met dit vraagstuk bezighoudt en continu rapporten en medische berichten in meer dan 65 talen bekijkt om voorspellingen te doen. Ook keken zij naar de verkoop van vliegtickets ten tijde van de uitbraak om verspreidingsvoorspellingen te kunnen doen. De TU Eindhoven gebruikt voor haar dagelijkse voorspelling een populatiegroeimodel van de Belgische wiskundige Prierre Francois Verhulst (1845), dat verantwoordelijk is voor de S-curve die in vele grafieken te zien is. Uiteraard worden zowel de Canadese als Eindhovense modellen continu geüpdatet met werkelijke waarden, zodat de voorspellingen steeds accurater worden.

Medicijnen

Kunstmatige intelligentie is ook nuttig in de zoektocht naar medicijnen en een vaccin. Zo publiceerde het Zuid-Koreaanse Deargen begin februari een studie waarbij in een AI-model (MT-DTI genaamd) niet werd gekeken naar moleculaire 2D- en 3D-structuren, maar naar een vereenvoudigde chemische reeks om te voorspellen of een molecuul zich aan een doel­eiwit zal binden. Dit vergelijkend met FDA goedgekeurde antivirale middelen leverde enkele interessante kandidaten als werkend medicijn. Als meest waarschijnlijke kwam HIV medicatie atazanavir uit de bus. Dit is in lijn met berichtgeving uit West-Afrika dat apivirine - een plantaardig antiviraal extract en hoofdbestanddeel van HIV-medicatie - succesvol is ingezet bij enkele coronapatiënten in Benin.

Insilico Medicine uit Hongkong gebruikt deep learning om duizenden moleculen te genereren die mogelijk aan een SARS Covid2 proteïne binden. In totaal werden er zeven van gekozen voor verder onderzoek, waarvan het bedrijf er inmiddels twee heeft gesynthetiseerd. Ook de Britse start-up Benevolent AI gebruikte hun kennis en kunde om dichter bij een medicijn te komen. Onderzoek van bestaande medicijnen wees baricitinib - een medicijn ter behandeling van Reumatoïde artritis - als meest waarschijnlijke en veilige kandidaat aan en roept medicijnproducenten op deze handschoen op te pakken.

Omdat niet elk bedrijf alle disciplines in huis heeft, ontstaan er ook samenwerkingen tussen medische AI-specialisten en biochemische producenten. Recent voorbeeld hiervan is de samenwerking tussen SRI International (US) en het Franse Iktos. Het stelt hen in staat om in één tot twee weken tijd medicijnmoleculen te ontwerpen, maken en testen. En om de komst van een medicijn nog verder te versnellen, stellen zij twee tools (bèta) gratis ter beschikking aan andere medicijnontwikkelaars.

Maskers printen

Voor degene aan de frontlinie is een gevecht zonder masker op zijn zachtst gezegd onverstandig. Maar door de wereldwijde tekorten wordt er zelfs een beroep gedaan op de stofkapjesvoorraden van particulieren. Om de vraag naar 350.000 maskers te lijf te gaan kan de 3D-printer uitkomst bieden. Verschillende bedrijven, waaronder 3D-printerproducent Stratasys, vliegtuigbouwer Boeing en automaker Toyota zetten hun printers aan het werk om aan de vraag te voldoen. Gezamenlijk printen zij momenteel zo’n 16.000 professionele gezichtsmaskers per week.

  maskerhouders

 

De in het printerpark van Stratasys geprinte maskerhouders.

Ademnood

Het coronavisus heeft als vervelende bijkomstigheid dat het de longen dusdanig aantast, dat het de ademhaling bemoeilijkt. Op de intensive care maar ook daarbuiten is er door de grote vraag een tekort aan beademingsinstrumenten. Ook hier ontstaan diverse initiatieven om weer wat lucht te scheppen. Zo ontwikkelde Dyson in een consortium de CoVent die in eerste instantie de Britse NHS te hulp moet schieten. Maar ook in Nederland lopen er zuurstofrijke initiatieven. Zo bouwde Fred Fransen uit Deurne in zijn garage een systeem gebaseerd op perslucht. Nederland heeft 2.000 beademingsapparaten in bestelling bij Philips, Demcon en Dräger. Om tijdig te kunnen leveren, worden er ook oude apparaten opgeknapt.

  Dyson

 

De nieuw ontwikkelde Dyson-ventilator.