Dữ liệu Drone có thể hỗ trợ phòng chống sốt rét như thế nào?

Một công cụ mới trong cuộc chiến chống lại kẻ thù truyền kiếp

Sốt rét là một căn bệnh cổ xưa hiện vẫn đang tiếp tục tàn phá một số cộng đồng dễ bị tổn thương trên thế giới. Năm 2019, ước tính có khoảng 409.000 người chết sau khi mắc bệnh, trong đó trẻ em dưới 5 tuổi chiếm 67% số thương vong đó. 90% các trường hợp là ở châu Phi cận Sahara.

Bệnh lây truyền qua vết cắn của muỗi cái Anopheles bị nhiễm bệnh. Cho đến khi một loại vắc-xin có hiệu quả cực cao được phát triển, việc ngăn chặn những con muỗi đó là chìa khóa để ngăn chặn sự lây lan. Trong vài thập kỷ qua, việc phun thuốc diệt côn trùng trong nhà và sử dụng màn tẩm hóa chất diệt côn trùng đã giúp giảm dần sự lây truyền. Nhưng tiến độ đã chậm lại khi muỗi đã kháng thuốc diệt côn trùng. Nó đã trở thành một cuộc chạy đua vũ trang giữa các chương trình kiểm soát bệnh sốt rét và quần thể muỗi mà họ đang phải chiến đấu.

Giờ đây, có hy vọng rằng công nghệ máy bay không người lái có thể cung cấp dữ liệu có giá trị để hỗ trợ các nỗ lực phòng ngừa.

Quản lý nguồn ấu trùng

Cách tiếp cận thứ hai để kiểm soát sự lan truyền bệnh sốt rét nhằm phá vỡ vòng đời của muỗi và ngăn chặn chúng sinh sản. Quản lý nguồn ấu trùng (LSM) bỏ qua vấn đề kháng hóa chất diệt côn trùng bằng cách thay đổi môi trường. Muỗi đẻ trứng trong nước. Nếu bạn ngăn không cho nước tích tụ hoặc xử lý bằng thuốc diệt bọ gậy, số lượng muỗi bị nhiễm bệnh có thể giảm xuống.

Tuy nhiên, việc tìm kiếm các trang web ấu trùng muỗi không phải là dễ dàng. Quá trình này rất phức tạp do các loài muỗi khác nhau có sở thích về môi trường sống khác nhau. Một số thích sinh sản ở những vùng nước cố định với thảm thực vật mới nổi, những loài khác thích những vũng nước đọng nhỏ hơn, thoáng qua. Các vùng nước vĩnh viễn đủ dễ tìm. Nhưng các mảng nước đọng thay đổi theo mùa tùy thuộc vào thời tiết.

Tất cả những điều này giải thích tại sao rào cản lớn nhất đối với LSM hiệu quả là câu hỏi nên thực hiện các biện pháp can thiệp ở đâu và khi nào. Trong nhiều năm, nó được coi là một lựa chọn không thực tế vì tốn thời gian và chi phí.

Thông thường, các nỗ lực LSM được hướng dẫn bởi dữ liệu được thu thập thủ công hoặc với sự trợ giúp của hình ảnh vệ tinh. Cái trước tốn kém và mất thời gian, trong khi cái sau thiếu chi tiết và tức thì. Giờ đây, máy bay không người lái có vai trò giúp việc tìm kiếm môi trường sống của ấu trùng nhanh hơn và rẻ hơn bao giờ hết.

Đăng ký máy bay không người lái cho LSM: dự án Maladrone

Kể từ năm 2018, các nhà nghiên cứu từ Khoa Sinh học Vector tại Trường Y học Nhiệt đới Liverpool và Chương trình Nghiên cứu Lâm sàng Malawi-Liverpool-Wellcome Trust đã sử dụng máy bay không người lái để thu thập dữ liệu ở Kasungu, Malawi. Bằng cách kết hợp hình ảnh chụp từ trên không và phân loại dựa trên đối tượng, nhóm nghiên cứu Maladrone đã xác nhận rằng kỹ thuật chỉnh hình có thể được sử dụng để xác định các đặc điểm môi trường liên quan đến môi trường sống của ấu trùng muỗi.

Dữ liệu trên không được đánh giá cùng với kết quả khảo sát ấu trùng thủ công, cho phép nhóm liên kết những gì tìm thấy trên mặt đất với những gì có thể nhìn thấy từ trên cao. Bằng cách sử dụng phân loại dựa trên đối tượng, nhóm Maladrone đã cố gắng đào tạo các thuật toán phân loại để phân loại các khu vực trong bản đồ chỉnh hình được tạo ra và lần lượt đánh dấu các vị trí có khả năng là nơi sinh sản của muỗi. Quá trình này cho phép các nhà nghiên cứu xác định phần nào của hồ chứa có thực vật thủy sinh liên quan đến ấu trùng muỗi và tìm thấy những hồ nhỏ ở khu vực xung quanh.

Bởi vì những thách thức kỹ thuật trong việc thu thập và phân tích dữ liệu máy bay không người lái trong giai đoạn 2018-2020, dự án Maladrone kể từ đó đã điều chỉnh cách tiếp cận của nó. Việc chụp ảnh và tạo chỉnh hình hiện đã được thuê ngoài, giúp nhóm có nhiều thời gian hơn để phân tích dữ liệu.

Crowddroning của GLOBHE hỗ trợ dự án Maladrone như thế nào?

Kể từ tháng 4 năm 2021, dự án Maladrone đã tranh thủ sự giúp đỡ của các phi công máy bay không người lái địa phương ở Malawi. Sự hợp tác đã được hỗ trợ bởi GLOBHE, một nền tảng kỹ thuật số kết nối phi công với những khách hàng cần dữ liệu máy bay không người lái.Khái niệm đám đông của GLOBHE đã là người thay đổi cuộc chơi cho nhóm Maladrone của Tiến sĩ Michelle Stanton.

Cô ấy giải thích: “Chúng tôi nhận ra tương đối sớm rằng việc chụp và xử lý hình ảnh máy bay không người lái có thể là một nhiệm vụ quá lớn để quản lý cùng với tất cả các hoạt động nghiên cứu khác mà chúng tôi đã tham gia.

“Thật đặc biệt hữu ích khi bắt đầu tự mình bắt đầu làm mọi thứ, vì nó giúp chúng tôi hiểu sâu hơn về công nghệ, mặt tích cực và hạn chế của nó. Tuy nhiên, khi chúng tôi đã đến giai đoạn chụp ảnh liên tục các khu vực tương đối lớn để theo dõi sự thay đổi môi trường theo thời gian, chúng tôi quyết định thực hiện một cách tiếp cận khác. Nền tảng Crowddroning của GLOBHE cho phép tôi sắp xếp một số sinh viên tốt nghiệp Học viện dữ liệu & máy bay không người lái châu Phi để thay mặt chúng tôi hoàn thành việc thu thập dữ liệu bay. Điều này đã cho kết quả rất tốt và chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp này trong các dự án lập bản đồ bằng máy bay không người lái sắp tới.”

Máy bay không người lái hiện được gửi đi mỗi tháng một lần để xác định các địa điểm sinh sản của muỗi. Nhóm đang thu thập dữ liệu trong suốt mùa khô để hiểu rõ hơn về nơi muỗi đẻ trứng, tập trung vào các khu vực xung quanh đập, hồ chứa và các môi trường sống phù hợp khác.

Với khía cạnh thu thập dữ liệu đã được đơn giản hóa, giờ đây, sự chú ý của Tiến sĩ Stanton là cách nó có thể được thao tác để cung cấp những hiểu biết hữu ích nhất. Cô ấy nói: “Khu vực mà tôi có thể hình dung ra những cải tiến ngay lập tức hơn là trong quá trình xử lý hình ảnh.

“Chúng tôi đang thu thập ngày càng nhiều hình ảnh về môi trường sống của ấu trùng ở nông thôn để thử nghiệm các thuật toán phân loại và có thể truy cập từ xa vào các máy chủ mạnh mẽ để chạy các thuật toán này. Khối lượng dữ liệu được thu thập là rất lớn và những cải tiến trong công nghệ máy bay không người lái sẽ chỉ làm tăng khối lượng này. Kể từ khi thử nghiệm phương pháp Crowddroning, giờ đây trọng tâm của chúng tôi đã chuyển sang “điều hữu ích nhất mà chúng tôi có thể làm với hình ảnh này”.

Công việc của nhóm Maladrone đã chứng minh tác động của máy bay không người lái đối với việc kiểm soát véc tơ sốt rét. Nhìn về phía trước, giá trị của các hệ thống tự động có vẻ sẽ tăng lên.

“Giả sử hình ảnh máy bay không người lái ngày càng dễ thu thập và quản lý hơn, tôi có thể thấy một thế giới mà hầu hết thông tin về các vị trí môi trường sống của ấu trùng có thể được lấy từ máy bay không người lái, được bổ sung bằng cách lấy mẫu trên mặt đất.”

Bài học kinh nghiệm trong lĩnh vực này

Giới thiệu máy bay không người lái cho các cộng đồng cảnh giác

Mặc dù máy bay không người lái phần lớn là một lực lượng tốt, nhưng ban đầu những người không quen thuộc với công nghệ này có thể nghi ngờ. Điều này có thể chứng minh là một rào cản đối với việc áp dụng nếu không được xử lý cẩn thận. Tiến sĩ Stanton giải thích rằng họ đã dành rất nhiều thời gian và sức lực để đảm bảo cộng đồng địa phương cảm thấy thoải mái với dự án Maladrone. Nó đã giúp khu vực này tiếp xúc với máy bay không người lái thông qua Hành lang máy bay không người lái nhân đạo của UNICEF. Cô ấy nói: “Chúng tôi đã bổ sung điều này bằng các hoạt động tương tác của riêng mình, được hỗ trợ bởi nhóm Truyền thông Khoa học tại Malawi-Liverpool-Wellcome Trust ở Blantyre, hoạt động này đã rất thành công.

“Chúng tôi đã trình diễn máy bay không người lái và các kỹ thuật giám sát muỗi mà chúng tôi đang sử dụng trong dự án và giải thích lý do tại sao chúng tôi lại làm những gì chúng tôi đang làm. Vì vậy, mặc dù máy bay không người lái vẫn thu hút một số sự chú ý trong quá trình khảo sát lập bản đồ, nhưng các cộng đồng mà chúng tôi đang làm việc lại rất thoải mái với chúng.”

Alexander DC Mtambo là một phi công Crowddroning cho GLOBHE. Anh ấy đã thu thập dữ liệu cho dự án Maladrone và tin rằng việc giới thiệu công nghệ mới nhất cho các cộng đồng nông thôn có thể có tác động sâu sắc đến các thế hệ tương lai.

Anh ấy nói: “Tôi nhìn thấy nó mỗi khi tôi bay đến những ngôi làng địa phương này. Sự tiếp xúc đó thật tuyệt. Chúng ta có thể không bao giờ biết mình đang truyền nguồn cảm hứng nào cho trẻ em ở đó. Những con người tuyệt vời có thể xuất phát từ đây. Bất cứ khi nào tôi ra ngoài bay, tôi đều đảm bảo rằng mình sẽ dành thời gian cho bọn trẻ và cho chúng thấy tôi đang làm gì.”

Tầm quan trọng của môi trường pháp lý thân thiện

Dự án Maladrone đã được hưởng lợi rất nhiều từ việc có thể hoạt động bên trong Hành lang máy bay không người lái nhân đạo của Malawi, một sáng kiến ​​do Chính phủ Malawi và UNICEF đưa ra vào năm 2017 nhằm thử nghiệm việc sử dụng máy bay không người lái cho mục đích nhân đạo. Nó là một bằng chứng mạnh mẽ về khái niệm cho đến nay và cho phép một số ứng dụng máy bay không người lái sáng tạo.

Tiến sĩ Stanton, người lần đầu tiên nghiên cứu về máy bay không người lái ở Malawi, giải thích: “Hành lang dành cho máy bay không người lái nhân đạo là vô cùng quan trọng để thiết lập dự án này.

“Hành lang máy bay không người lái là cửa ngõ để hiểu các quy định và quy trình của Malawian, đồng thời giới thiệu tôi với cộng đồng các chuyên gia trong lĩnh vực này. Điều này đã mang lại cho chúng tôi sự tự tin để thiết lập các dự án ở những nơi khác ở Malawi. Liên kết với hành lang máy bay không người lái cũng giúp giảm bớt mọi lo ngại của các nhà tài trợ và hội đồng đánh giá đạo đức về quyền riêng tư và an toàn, vì máy bay không người lái vẫn là một thành phần rất mới của nghiên cứu y học.

Vắc xin, tự động hóa LSM và vai trò của máy bay không người lái trong tương lai

Thu thập dữ liệu về muỗi và hành động dựa trên dữ liệu đó là hai việc rất khác nhau. Và có thể máy bay không người lái có thể là một giải pháp cho cả hai thách thức.

Vào năm 2019, máy bay không người lái DJI Agras MG-1S đã hỗ trợ một cải tiến chương trình thử nghiệm ở Tanzania từ Máy bay không người lái phòng chống bệnh sốt rét. Nhóm nghiên cứu đã phun một hệ thống ruộng lúa bằng Aquatain, một tác nhân kiểm soát sinh học. Thay vì hoạt động như một loại thuốc trừ sâu thông thường, chất này bao phủ nước đọng bằng một lớp phủ mỏng ngăn muỗi trưởng thành nổi lên.

Kết quả rất hứa hẹn. Các cánh đồng được phun Aquatain đã giảm gần 90% số lượng muỗi trưởng thành mới nổi trong hơn một tháng sau đó. Máy bay không người lái cũng là một lựa chọn để phân phối thuốc trừ sâu truyền thống. Với những kết quả này, thật dễ dàng để tưởng tượng một tương lai trong đó máy bay không người lái đóng vai trò trung tâm trong việc lập bản đồ các vị trí mục tiêu và đưa ra các biện pháp phòng ngừa thế hệ tiếp theo.

Không có gì đáng ngạc nhiên, một cách tiếp cận chung đã được xem xét bởi nhóm Maladrone. Tiến sĩ Stanton cho biết: “Một trong những động cơ thúc đẩy Maladrone là sử dụng thông tin mà chúng tôi thu thập được để thông báo cho các chương trình kiểm soát bệnh sốt rét về cách nhắm mục tiêu tốt nhất cho các biện pháp can thiệp của họ.

Có một số thay đổi về môi trường có thể được áp dụng để ngăn muỗi phát triển. Chúng nằm dưới sự bảo trợ của quản lý nguồn ấu trùng (LSM) và có thể bao gồm việc phun hóa chất vào các vùng nước.

“Do nhiệm vụ này có thể tốn nhiều công sức, đặc biệt là trong môi trường nóng, khó tiếp cận, máy bay không người lái có thể đóng vai trò trong cả việc xác định và sau đó xử lý môi trường sống của ấu trùng. Một phản hồi quan trọng mà chúng tôi nhận được từ các cộng đồng nơi chúng tôi làm việc ở Kasungu là họ hiện rất háo hức muốn thấy nghiên cứu ban đầu của chúng tôi được chuyển thành hành động. Chúng tôi chia sẻ sự nhiệt tình này và hiện đang tìm kiếm nguồn tài trợ bổ sung để xem xét các cách giảm số lượng muỗi ở những khu vực này – bao gồm cả việc phun thuốc được hỗ trợ bởi máy bay không người lái.”

Bạn có thể đã thấy các tiêu đề gần đây về một vắc xin đột phá. Nó hứa hẹn sẽ có tác động rất lớn đến tỷ lệ tử vong ở trẻ sơ sinh ở châu Phi cận Sahara, nơi có hơn 260.000 trẻ em dưới 5 tuổi chết vì sốt rét mỗi năm. Vắc xin RTS,S dành cho trẻ em được kỳ vọng sẽ cứu sống vô số người, nhưng nó không phải là viên đạn bạc và cần được sử dụng kết hợp với các biện pháp khác.

Tiến sĩ Stanton giải thích: “Không có giải pháp duy nhất nào để ‘giải quyết’ bệnh sốt rét. Tin tức về vắc-xin thật tuyệt vời và hy vọng khi được lan truyền đi sẽ có một tác động mạnh mẽ hơn trong một tương lai không xa, nhưng đây không phải là lúc chúng ta dừng bước, vì sai lầm đó đã từng xảy ra trước đây.”

Chống lại sự lan truyền bệnh sốt rét là một thách thức đặc biệt khi đối mặt với những thay đổi về môi trường. Môi trường sống của muỗi rất đa dạng, thay đổi theo mùa và do sự can thiệp của con người. Các biện pháp can thiệp được sử dụng có thể có tác động đến các kiểu lây truyền. Với các mục tiêu di chuyển liên tục này, nhu cầu hiểu và nhắm tới các ‘điểm nóng’ lây truyền là ưu tiên hàng đầu.

Cô ấy nói: “Giám sát là chìa khóa cho sự hiểu biết và đây là lúc máy bay không người lái và các hệ thống tự động khác có tiềm năng đóng góp.

“Việc giám sát này có thể thuộc về môi trường vật lý – như chúng tôi đã thực hiện ở Maladrone – nhưng tôi cũng đã thấy những nguyên mẫu ban đầu của máy bay không người lái được sử dụng để bắt và phân tích muỗi trưởng thành (theo dự đoán dự án của Microsoft) và lấy mẫu nước để kiểm tra bọ gậy. Máy bay không người lái cũng có thể được sử dụng để quản lý hoặc thực hiện các biện pháp can thiệp. Tôi nghĩ sẽ còn nhiều công nghệ hữu ích hơn nữa!”