做過核酸檢測(cè)的人都知道，“捅棉簽”可是個(gè)技術(shù)活。既要有效采到樣本，又不能太刺激咽喉壁。

近日在2020年中國(guó)國(guó)際服務(wù)貿(mào)易交易會(huì)上亮相的咽拭子采樣機(jī)器人“靈采”，看似是個(gè)粗重的六軸機(jī)器人，卻頗擅繡花活。它在透明防護(hù)罩內(nèi)能自動(dòng)戴上隔離套、拿取棉簽，隨后認(rèn)準(zhǔn)受試者的口部和咽喉壁，在操縱臺(tái)人員的配合下取樣，隨后自動(dòng)將樣本置入試管。

不難想象，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所（下簡(jiǎn)稱“沈自所”）等單位開發(fā)出的這套智能設(shè)備可以降低醫(yī)護(hù)人員的感染概率。但是，機(jī)械臂采樣的有效性和舒適性又如何？

沈自所機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉浩對(duì)澎湃新聞?dòng)浾呖隙ǖ乇硎?，?jīng)過臨床驗(yàn)證，機(jī)器人在采樣有效性上存在優(yōu)勢(shì)，而且過程輕柔快速。

偌大一套設(shè)備，核心還是在小小的采樣頭上：相比起工業(yè)機(jī)械臂，那里不僅多了一個(gè)夾持的自由度，而且集成了力學(xué)感知、視覺算法、人機(jī)交互等關(guān)鍵技術(shù)。

兩代采樣機(jī)器人

劉浩回憶道，大年初一的時(shí)候，團(tuán)隊(duì)接到來自鐘南山團(tuán)隊(duì)的一個(gè)非常具體的需求：如何在核酸檢測(cè)采樣的過程中把醫(yī)護(hù)人員和受試者盡量隔離開，避免醫(yī)護(hù)人員感染。

劉浩團(tuán)隊(duì)很快把原理樣機(jī)研制出來，3月份拿到廣州呼吸健康研究院，通過醫(yī)院倫理審批后與李時(shí)悅教授合作開展臨床驗(yàn)證。

“我們采集了70多個(gè)受試者的100多份樣本，證明機(jī)器人確實(shí)在采樣有效性和感染控制上存在優(yōu)勢(shì)?！?/p>

在服貿(mào)會(huì)“科技抗疫”展區(qū)，“靈采”旁邊還有一臺(tái)外觀看上去更為簡(jiǎn)單的機(jī)器人，就是劉浩團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)開發(fā)出的第一代咽拭子自動(dòng)采樣設(shè)備。它主要針對(duì)的是隔離病房里新冠確診患者的采樣。按照設(shè)計(jì)，它可以在隔離病區(qū)里巡航，把采樣工具帶進(jìn)去，由醫(yī)護(hù)人員遠(yuǎn)程操作后再將樣本帶出。

到了4月份，隨著疫情防控進(jìn)入常態(tài)化，采樣機(jī)器人的研發(fā)思路也隨之更新。“我們需要的不再是隔離病房里的采樣機(jī)器人，而是大規(guī)模采樣機(jī)器人，甚至一次性采樣十幾萬(wàn)人。這樣機(jī)器人無(wú)須移動(dòng)，定點(diǎn)即可，但必須具備高效運(yùn)轉(zhuǎn)的模式?！彼f到。

團(tuán)隊(duì)就把采樣全流程做了重新梳理，包括隔離感控、工具移動(dòng)、試管轉(zhuǎn)移等等，形成了第二代“靈采”機(jī)器人。醫(yī)護(hù)人員只需要在安全狀態(tài)下干預(yù)采樣，其他流程全部自動(dòng)化。

人機(jī)協(xié)作

“捅棉簽”這個(gè)動(dòng)作，每個(gè)人的采樣習(xí)慣都不一樣。有些操作可能不夠規(guī)范，沒有有效地采集到樣本。

劉浩介紹到，有了“靈采”，操作人員并不需要掌握高超的采樣技巧，只需要適當(dāng)干預(yù)?；诹W(xué)感知，機(jī)械臂可以把力控制在一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)間，使得棉簽與咽喉壁保持最佳接觸狀態(tài)，從而保證采樣有效性。

在這中間，力感就是一項(xiàng)核心技術(shù)，要點(diǎn)在于“快速輕柔”，不會(huì)刺激人體的咽反射。計(jì)算機(jī)視覺也扮演了重要的角色，幫助機(jī)器人準(zhǔn)確識(shí)別跟蹤采樣工具和人體口腔、咽喉壁。

雖然沈自所是機(jī)器人領(lǐng)域的行家，但這個(gè)特殊的研發(fā)任務(wù)還是讓劉浩團(tuán)隊(duì)體會(huì)到了一些此前從未考慮過的挑戰(zhàn)，隔離感控就是其一。

“以往做醫(yī)療機(jī)器人，我們也會(huì)設(shè)計(jì)一些隔離套避免感染，但不會(huì)過多地考慮呼吸道傳播的問題?！币溃m然機(jī)器人不怕感染，但采樣過程可能會(huì)造成不同受試者之間的交叉感染，或是樣本被污染。

劉浩透露，下一步，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)提升視覺算法的可靠性和穩(wěn)定性，這能讓機(jī)器人更加自主，減輕操作人員負(fù)擔(dān)，也符合醫(yī)療機(jī)器人對(duì)安全性的高要求。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)將會(huì)推進(jìn)“靈采”的醫(yī)療器械審批和推廣應(yīng)用。