做過核酸檢測的人都知道，“捅棉簽”可是個技術活。既要有效采到樣本，又不能太刺激咽喉壁。

近日在2020年中國國際服務貿易交易會上亮相的咽拭子采樣機器人“靈采”，看似是個粗重的六軸機器人，卻頗擅繡花活。它在透明防護罩內能自動戴上隔離套、拿取棉簽，隨后認準受試者的口部和咽喉壁，在操縱臺人員的配合下取樣，隨后自動將樣本置入試管。

不難想象，中國科學院沈陽自動化研究所（下簡稱“沈自所”）等單位開發(fā)出的這套智能設備可以降低醫(yī)護人員的感染概率。但是，機械臂采樣的有效性和舒適性又如何？

沈自所機器人學國家重點實驗室研究員劉浩對澎湃新聞記者肯定地表示，經過臨床驗證，機器人在采樣有效性上存在優(yōu)勢，而且過程輕柔快速。

偌大一套設備，核心還是在小小的采樣頭上：相比起工業(yè)機械臂，那里不僅多了一個夾持的自由度，而且集成了力學感知、視覺算法、人機交互等關鍵技術。

兩代采樣機器人

劉浩回憶道，大年初一的時候，團隊接到來自鐘南山團隊的一個非常具體的需求：如何在核酸檢測采樣的過程中把醫(yī)護人員和受試者盡量隔離開，避免醫(yī)護人員感染。

劉浩團隊很快把原理樣機研制出來，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悅教授合作開展臨床驗證。

“我們采集了70多個受試者的100多份樣本，證明機器人確實在采樣有效性和感染控制上存在優(yōu)勢。”

在服貿會“科技抗疫”展區(qū)，“靈采”旁邊還有一臺外觀看上去更為簡單的機器人，就是劉浩團隊當時開發(fā)出的第一代咽拭子自動采樣設備。它主要針對的是隔離病房里新冠確診患者的采樣。按照設計，它可以在隔離病區(qū)里巡航，把采樣工具帶進去，由醫(yī)護人員遠程操作后再將樣本帶出。

到了4月份，隨著疫情防控進入常態(tài)化，采樣機器人的研發(fā)思路也隨之更新?！拔覀冃枰牟辉偈歉綦x病房里的采樣機器人，而是大規(guī)模采樣機器人，甚至一次性采樣十幾萬人。這樣機器人無須移動，定點即可，但必須具備高效運轉的模式?！彼f到。

團隊就把采樣全流程做了重新梳理，包括隔離感控、工具移動、試管轉移等等，形成了第二代“靈采”機器人。醫(yī)護人員只需要在安全狀態(tài)下干預采樣，其他流程全部自動化。

人機協(xié)作

“捅棉簽”這個動作，每個人的采樣習慣都不一樣。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，只需要適當干預?；诹W感知，機械臂可以把力控制在一個穩(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，力感就是一項核心技術，要點在于“快速輕柔”，不會刺激人體的咽反射。計算機視覺也扮演了重要的角色，幫助機器人準確識別跟蹤采樣工具和人體口腔、咽喉壁。

雖然沈自所是機器人領域的行家，但這個特殊的研發(fā)任務還是讓劉浩團隊體會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)療機器人，我們也會設計一些隔離套避免感染，但不會過多地考慮呼吸道傳播的問題?！币?，雖然機器人不怕感染，但采樣過程可能會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，團隊計劃繼續(xù)提升視覺算法的可靠性和穩(wěn)定性，這能讓機器人更加自主，減輕操作人員負擔，也符合醫(yī)療機器人對安全性的高要求。在此基礎上，團隊將會推進“靈采”的醫(yī)療器械審批和推廣應用。