Socioeconomic assessment of investments in dental anthropomorphic robots for practical training of dentistry students

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Индустрия робототехники в последние годы переживает стремительный рост, в том числе в образовательном сегменте медицины, что обусловлено стремлением оптимизировать учебные процессы и обеспечить более высокий уровень подготовки специалистов [1]. Современные технологии, включая искусственный интеллект и высокоточные механизмы, способствуют активному внедрению роботов в обучение будущих профессионалов в области медицины [2]. В частности, в стоматологическом образовании роботы проявляют себя как эффективные инструменты, которые не только помогают студентам отрабатывать практические навыки в различных клинических ситуациях, но и углубляют их теоретические знания, а также способствуют развитию невербальных коммуникативных навыков, важных для успешной врачебной практики [3, 4].

С помощью современных технологических решений создаются обучающие системы, обеспечивающие всестороннее развитие навыков и умений студентов, что имеет особую значимость в свете существующих проблем практико-ориентированной подготовки в высших и средних медицинских учебных заведениях [5]. Работа с обычными стоматологическими фантомами, которые являются лишь статичными манекенами, не позволяет создать атмосферу реальной клинической среды и не способствует полноценному погружению студентов в условия приёма пациентов [6, 7], следствием чего является увеличение разрыва между теоретическими знаниями и практическими навыками. Таким образом, внедрение образовательных роботов, способных не только имитировать поведение пациентов, но и обеспечивать интерактивное взаимодействие, способствует более глубокому усвоению учебного материала [8, 9] (рис. 1).

 

Рис. 1. Антропоморфный стоматологический робот-пациент.

Fig. 1. Anthropomorphic dental robot patient.

 

С учётом высоких затрат на производство и внедрение подобных высокотехнологичных устройств представляется интересной их оценка с экономической точки зрения, что позволит определить целесообразность их использования и потенциальные выгоды для образовательных учреждений, а также возможное влияние на качество подготовки специалистов. Представленная статья направлена на изучение реализации практико-ориентированного обучения, основанного на концепции применения высокотехнологичных образовательных роботов, на примере частного случая интеграции отечественных полнофункциональных антропоморфных стоматологических роботов (АСР) [10–14].

Цель исследования — экономическая оценка инвестиций в использование АСР для практико-ориентированной подготовки студентов-стоматологов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Модель частного образовательного случая

В данном исследовании оценивается экономическая целесообразность использования АСР для практико-ориентированной подготовки студентов-стоматологов на базе медицинского вуза. Основное внимание уделяется анализу затрат и выгод от внедрения АСР в образовательный процесс с целью улучшения мотивации студентов, качества обучения и уровня стоматологической помощи.

Параметры учебного процесса и расходы

Для оценки экономической целесообразности использования АСР нами был выбран параметр стоимости обучения, который необходим для определения экономической эффективности внедрения робота. Значения были определены исходя из данных программы обучения по направлению «Стоматология» в Российском университете медицины, включающей пятилетний курс, по которому стоимость обучения составляет 500 000 руб. в год, что обеспечивает возможность расчёта затрат на образование. Исходя из объёма образовательной программы (1100 часов в год) также определено, что стоимость очного обучения эквивалентна 455 руб. за час.

Для анализа затрат на внедрение робота нами был выбран параметр стоимости самого робота и расходов на его обслуживание. Стоимость робота, предназначенного для значительного улучшения практических навыков студентов, — 12 000 000 руб. Затраты на техническое обслуживание были приняты как 10% от стоимости робота в год (1 200 000 руб.), исходя из данных о расходах на техническое обслуживание высокотехнологичного оборудования [15].

Для долгосрочного анализа, оценки затрат и выгод применения АСР необходимо было установить средний срок эксплуатации, для которого нами было принято значение 12 лет.

Организация учебного процесса

При проведении экономической оценки мы исходили из того, что студенты будут проводить занятия с роботом с понедельника по пятницу с 9:00 до 21:00, что составляет 12 ч в день или 2880 ч в год, а также учитывали два варианта организации образовательного процесса: 1) занятия с роботом проводятся группой из 10 человек под руководством преподавателя; 2) занятие проводится для одного студента (рис. 2).

 

Рис. 2. Процесс использования антропоморфного стоматологического робота-пациента.

Fig. 2. The process of using an anthropomorphic dental patient robot.

 

Экономические показатели

Для оценки экономической эффективности использования робота применяли следующие показатели.

Показатель NPV (чистая приведённая стоимость, net present value) показывает разницу между приведённой стоимостью денежных потоков, которые инвестиционный проект приносит в будущем, и затратами на его реализацию. Если NPV положительная, то проект считается выгодным, так как он приносит больше денег, чем стоит. Если NPV отрицательная, то проект считается убыточным. Показатель NPV рассчитывали по следующей формуле:

$\mathrm{NPV}=\sum _1^n\frac{P}{{\left(1+R\right)}^n}-I-\sum _1^n\frac{C}{{\left(1+R\right)}^n}$,

где P — денежный поток, R — ставка дисконтирования, n — временной отрезок, I — инвестиции, C — расходы на обслуживание.

Индекс рентабельности (profitability index, PI), также называемый индексом доходности, используется как индикатор метода NPV. Этот индекс помогает оценить прибыльность инвестиционного проекта и его результативность. PI представлен в виде коэффициента и позволяет предсказать приведённую стоимость, которая будет получена на каждую единицу первоначальных вложений.

В зависимости от значения PI можно сделать следующие выводы о целесообразности проекта:

• если PI больше 1, проект считается прибыльным и может быть рассмотрен для дальнейшей реализации;
• если PI равен 1, проект требует дальнейшего анализа по другим критериям эффективности для принятия решения о его принятии или отклонении;
• если PI меньше 1, проект убыточен и не подлежит дальнейшему рассмотрению.

Для определения PI использовали следующую формулу:

$\mathrm{PI}=1+\frac{\mathrm{NPV}}{\mathrm{IС}}$,

где NPV — это чистая приведённая стоимость денежных потоков, а IC — исходные инвестиции.

Ставке дисконтирования (R) соответствовала безрисковая ставка на государственные облигации, в России на 2023 год она составляла 15,09%.

Величина внутренней нормы доходности (internal rate of return, IRR) определена как ставка, при которой NPV всех денежных поступлений становится равной затратам, таким образом достигается баланс без остаточной стоимости.

Для подсчёта IRR применяли следующую формулу:

$\sum _1^n\frac{P}{{\left(1+IRR\right)}^n}-I=0$, или $\sum _1^n\frac{P}{{\left(1+IRR\right)}^n}=I$,

где P — денежный поток, n — временной отрезок, I — инвестиции.

Срок окупаемости инвестиции (payback period, PP) рассчитывали по следующей формуле:

$\mathrm{PP}=\frac{\mathrm{IC}}{\mathrm{P}}$,

где: IC — первоначальные инвестиции, P — денежный поток за рассматриваемый промежуток времени.

Дисконтированный срок окупаемости (discounted payback period, DPP) рассчитывали по следующей формуле:

DPP=min(n), при котором $\sum _1^n\frac{P}{{(1+R)}^n}\ge I$,

где P — денежный поток, R — ставка дисконтирования, I — инвестиции.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты экономической оценки инвестиций в использование АСР для практико-ориентированной подготовки студентов-стоматологов представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Результаты экономической оценки инвестиций в антропоморфного стоматологического робота

Table 1. The results of the economic investments assessment in anthropomorphic dental robot

Наименование показателя	1 робот на 10 студентов	1 робот на 1 студента
Чистый дисконтированный доход, руб.	54 279 963	59 403 855
Индекс рентабельности	5,52	0,22
Внутренняя норма доходности, %	70,79	–4,24
Срок окупаемости инвестиций, годы	1	9
Дисконтированный срок окупаемости инвестиций, годы	2	12

 

На основе предоставленных экономических показателей можно сделать следующий анализ экономической рентабельности инвестиций в использование АСР-пациента для практико-ориентированной подготовки студентов-стоматологов:

1. NPV составляет 54 279 963 руб.;
2. PI равен 5,52;
3. IRR составляет 70,79%;
4. PP составляет один год, а DPP равен двум годам.

ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные нами результаты показывают, что инвестиции в использование АСР-пациента для практико-ориентированной подготовки студентов-стоматологов являются высокорентабельными. Проект приносит значительный чистый дисконтированный доход, обеспечивает высокий индекс рентабельности, внутреннюю норму доходности, превышающую ожидания, и имеет короткий срок окупаемости. Эти показатели подтверждают экономическую целесообразность и привлекательность данного инвестиционного проекта.

Чистая приведённая стоимость для сценария с использованием одного робота на 10 студентов составила 54 279 963 руб. Положительное значение NPV демонстрирует, что проект приносит доход, превышающий первоначальные инвестиции и текущие расходы, и это подтверждает его высокую экономическую рентабельность. Такой результат объясняется эффективным использованием времени, поскольку робот оптимизирует процесс обучения студентов, обеспечивая непрерывное обучение и доступ к практическим навыкам.

Индекс рентабельности равен 5,52 — это означает, что на каждый вложенный рубль проект приносит 5,52 руб. дисконтированного дохода. Значение PI выше 1 подтверждает экономическую выгоду и целесообразность инвестиций, что обусловлено высокой доходностью инвестиций, привлекательностью для инвесторов, устойчивостью к экономическим рискам, а также эффективностью распределения ресурсов за счёт оптимизации распределения образовательных ресурсов.

Внутренняя норма доходности составила 70,79%, что значительно превышает типичные ставки дисконтирования. Высокая IRR также свидетельствует об устойчивости проекта к возможным рискам и изменениям экономической ситуации за счёт обеспечения стабильного денежного потока, быстрой окупаемости инвестиций (PP около одного года и DPP два года).

Хотя на данный момент отсутствуют конкретные данные о прямой экономической эффективности применения антропоморфных роботов в медицинском образовании, текущие тенденции развития роботизированной экономики, описанные в ряде исследований, указывают на значительный экономический потенциал автоматизации. В частности, M. Arduengo и соавт. отмечают [14], что внедрение роботизированных технологий способствует росту производительности и снижению затрат на выполнение рутинных задач, которые ранее осуществлялись человеком. Подобные изменения уже имеют место в различных секторах экономики, где автоматизация позволила значительно снизить трудовые издержки и перераспределить человеческие ресурсы на более квалифицированные виды деятельности.

Эти подходы могут быть экстраполированы на образовательные процессы, где использование антропоморфных роботов не только снижает нагрузку на преподавателей, но и способствует оптимизации учебного процесса, делая его более экономически эффективным.

Систематический обзор, проведённый G. Turchetti и соавт., демонстрирует, что применение роботизированных систем, таких как хирургическая система da Vinci, сопряжено с высокими затратами на приобретение и обслуживание оборудования, и это делает роботизированные процедуры заметно дороже традиционных методов. Однако с накоплением опыта использования таких систем затраты на проведение операций могут снижаться за счёт сокращения времени их выполнения [15]. Таким образом, несмотря на значительные первоначальные инвестиции, долгосрочные выгоды от автоматизации, особенно в условиях, требующих высокой точности и воспроизводимости действий, могут компенсировать эти затраты, что актуально и для медицинского образования.

Q.S. Mahdi и соавт. обсуждают разнообразные аспекты применения роботов в образовании, акцентируя внимание как на преимуществах, так и на ограничениях данной технологии. Авторы отмечают, что, несмотря на потенциал роботизированных систем для оптимизации образовательного процесса, существуют определённые ограничения, связанные с недостаточной способностью роботов к социальной интеракции и адаптации к индивидуальным потребностям студентов. Это подчёркивает важность осторожного подхода к внедрению робототехники в образовательные процессы, особенно в тех областях, где требуется высокий уровень межличностного взаимодействия [16].

Таким образом, экономический потенциал использования роботов в образовательных процессах следует оценивать с учётом как их возможных преимуществ, так и существующих ограничений, особенно в контексте медицинского образования.

Ограничения исследования. Настоящая работа основана на данных, полученных из одного образовательного учреждения — Российского университета медицины, что может ограничивать обобщаемость результатов на другие медицинские вузы с различными условиями обучения и ресурсной базой. В будущем необходимо провести аналогичные исследования в других учебных заведениях для подтверждения наших выводов.

Значения параметров, таких как стоимость затрат на обслуживание АСР и эксплуатационный срок, были определены условно, что может влиять на экономическую целесообразность проекта в долгосрочной перспективе. Будущие исследования должны учитывать возможные колебания стоимости и разработать сценарии для различных экономических условий.

Несмотря на то, что использованные в исследовании стандартные экономические показатели (NPV, PI, IRR, PP и DPP) широко распространены и применимы для оценки инвестиционных проектов, они могут не учитывать все аспекты образовательного процесса и долгосрочные выгоды от использования робота, такие как повышение качества образования и улучшение профессиональных навыков студентов.

В рамках данного исследования рассмотрена экономическая целесообразность проекта на основе среднесрочных показателей (до 12 лет). Однако интересным также представляются долгосрочные эффекты использования роботов, подобные влиянию на профессиональное развитие студентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование подтвердило высокую экономическую и образовательную эффективность применения АСР для подготовки студентов-стоматологов. Использование робота обеспечивает хорошие экономические показатели, такие как положительное значение NPV, высокие PI и IRR, что указывает на рентабельность проекта. Внедрение робота также улучшает практические навыки студентов, включая точность и скорость выполнения манипуляций, что подтверждается результатами тестирований и оценками преподавателей.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Работа выполнена при финансовой поддержке Пермского научно-образовательного центра «Рациональное недропользование» (проект «Новые материалы и технологии для медицины», 2024 год).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с проведённым исследованием и публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: О.А. Царевский — экономическая оценка проекта, сбор и анализ данных, написание текста статьи; С.А. Арутюнов — анализ экономических показателей, редактирование статьи; Д.И. Грачев — обзор литературы, участие в разработке концепции исследования, подготовка текста статьи; Н.Б. Асташина — сбор и анализ литературных источников, участие в написании текста статьи; К.Г. Ахмедов — участие в анализе данных, подготовка текста статьи; А.А. Южаков — техническая оценка робототехнических систем, участие в написании и редактировании статьи.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding source. This work was supported by the Perm Scientific and Educational Center "Rational Subsoil Use" (Project "New Materials and Technologies for Medicine", 2024).

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. The largest contribution is distributed as follows: O.A. Tsarevskiy — economic evaluation of the project, data collection and analysis, writing the article; S.A. Arutyunov — analysis of economic indicators, editing the article; D.I. Grachev — literature review, contribution to the development of the research concept, writing the article; N.B. Astashina — collection and analysis of literature sources, contribution to the writing of the article; K.G. Akhmedov — contribution to data analysis, participation in the preparation of the article; A.A. Yuzhakov — technical evaluation of robotic systems, contribution to writing and editing the article.

About the authors

Oleg A. Tsarevskiy

Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: t1sarevskiy@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-8602-6305
SPIN-code: 7244-1376
Russian Federation, 5 2nd Baumanskaya street, 105005 Moscow

Dmitriy I. Grachev

Russian University of Medicine

Email: dr.grachev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5758-7485
SPIN-code: 2307-4380

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Moscow

Alexander A. Yuzhakov

Perm National Research Polytechnic University

Email: uz@at.pstu.ru
ORCID iD: 0000-0003-1865-2448
SPIN-code: 4820-8360

Dr. Sci. (Engineering), Professor

Russian Federation, Perm

Nataliya B. Astashina

Academician Ye.A. Vagner Perm State Medical University

Email: astashina.nb@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1135-7833
SPIN-code: 6119-8171

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Perm

Kamalutdin G. Akhmedov

Russian University of Medicine

Email: kama05doc@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-5195-3942
SPIN-code: 8229-7763
Russian Federation, Moscow

Sergey A. Arutyunov

Russian University of Medicine

Email: sa.arutyunov@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-7605-5715
SPIN-code: 4682-1730
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files