[논문 리뷰] The Role of Robotics in Infectious Disease Crises

Gregory D. Hager, Vijay Kumar외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 10. 19.

Quality and Safety in Healthcare참고 문헌 16인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 전염성 질환 위기 상황에서 로봇 기술의 통합을 조사하며, 패닉 발생 시 의료, 물류, 소독 분야에서 로봇 시스템이 대응 능력을 크게 향상시킬 수 있음을 제안한다. 국립공학아카데미와 컴퓨팅공동체컨sortium에서 주관한 워크숍 기반으로, 핵심 공학적 과제, 연구 장벽을 규명하고 향후 패닉 대비 로봇 배치를 확대하기 위한 전략적 투자 방안을 제시한다.

ABSTRACT

The recent coronavirus pandemic has highlighted the many challenges faced by the healthcare, public safety, and economic systems when confronted with a surge in patients that require intensive treatment and a population that must be quarantined or shelter in place. The most obvious and pressing challenge is taking care of acutely ill patients while managing spread of infection within the care facility, but this is just the tip of the iceberg if we consider what could be done to prepare in advance for future pandemics. Beyond the obvious need for strengthening medical knowledge and preparedness, there is a complementary need to anticipate and address the engineering challenges associated with infectious disease emergencies. Robotic technologies are inherently programmable, and robotic systems have been adapted and deployed, to some extent, in the current crisis for such purposes as transport, logistics, and disinfection. As technical capabilities advance and as the installed base of robotic systems increases in the future, they could play a much more significant role in future crises. This report is the outcome of a virtual workshop co-hosted by the National Academy of Engineering (NAE) and the Computing Community Consortium (CCC) held on July 9-10, 2020. The workshop consisted of over forty participants including representatives from the engineering/robotics community, clinicians, critical care workers, public health and safety experts, and emergency responders. It identifies key challenges faced by healthcare responders and the general population and then identifies robotic/technological responses to these challenges. Then it identifies the key research/knowledge barriers that need to be addressed in developing effective, scalable solutions. Finally, the report ends with the following recommendations on how to implement this strategy.

연구 동기 및 목표

• 전염성 질환 위기, 특히 패닉 발생 시 로봇 기술의 현재 및 잠재적 역할을 평가하기 위해.
• 전염성 질환 유행 기간 동안 의료 종사자, 구조대, 일반 시민이 겪는 핵심 과제를 규명하기 위해.
• 위기 상황에서 로봇 시스템의 확장성과 효과성을 제한하는 공학적 및 기술적 장벽을 분석하기 위해.
• 로봇 기술을 공중보건 긴급 대응 계획에 통합하기 위한 실행 가능한 연구 및 개발 전략을 제안하기 위해.
• 향후 위기 대비 능력을 높이기 위해 로봇 전문가, 임상의사, 공중보건 관계자, 구조대 간의 협업을 촉진하기 위해.

제안 방법

• 로봇, 의료, 공공안전, 비상대응 분야 전문가 40여명이 참가한 온라인 워크숍을 실시하였다.
• 다학제적 이해관계자들의 통찰을 종합하여 감염 통제 및 위기 대응 분야에서의 현재 로봇 응용 사례를 매핑하였다.
• 로봇이 기여할 수 있는 핵심 功能 영역을 규명: 환자 간호 지원, 물류 및 운반, 환경 소독, 원격 모니터링.
• 신뢰성, 자율성, 인간-로봇 상호작용, 규제 프레임워크 등 기술적 및 체계적 장벽을 도식화하여 배치를 저해하는 요소를 분석하였다.
• 강력하고 확장 가능하며 윤리적으로 타당한 로봇 시스템을 위한 향후 연구 및 개발 프레임워크를 제안하였다.
• 국가 및 기관 차원의 패닉 대비 계획에 로봇을 통합하기 위한 정책 및 구현 권고사항을 마련하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 팬데믹 유행 기간 동안 전염성 병원체에 대한 인간의 노출을 줄이기 위해 로봇 기술을 어떻게 효과적으로 배치할 수 있는가?
• RQ2 현재 의료 및 비상 대응 환경에서 로봇 시스템의 확장성과 신뢰성에 제약을 가하는 기술적 및 체계적 장벽은 무엇인가?
• RQ3 전염성 질환 위기 상황에서 로봇은 물류, 소독, 원격 환자 모니터링 분야에서 어떤 역할을 할 수 있는가?
• RQ4 로봇 연구자, 임상의사, 공중보건 전문가 간의 다학제적 협업을 어떻게 강화하여 위기 대응 능력을 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 향후 패닉에 대비해 대규모로 배치 가능한 로봇 시스템을 확보하기 위해 필요한 연구 및 인프라 투자는 무엇인가?

주요 결과

• COVID-19 유행 기간 동안 로봇 시스템은 소독, 운반, 원격 환자 모니터링 등 제한된 역할에서 이미 배치된 바가 있다.
• 가장 큰 과제는 시스템의 신뢰성, 자율성, 안전성, 기존 의료 및 비상 대응 워크플로우와의 통합에 있다.
• 의료 및 비상 대응용 로봇을 위한 표준화된 시험, 인증, 규제 경로가 절실하게 필요하다.
• 특히 고스트레스 임상 환경에서 인간-로봇 상호작용과 로봇에 대한 신뢰가 핵심 장벽으로 남아 있다.
• 확장 가능한 로봇 솔루션을 위해서는 인공지능, 실시간 의사결정, 불확실성 환경에서의 내구성 향상이 필요하다.
• 보고서는 향후 전염성 질환 위기 대비를 위해 연구, 개발, 정책 분야에서 실행 가능한 10개 권고사항을 종합적으로 제시한다.