“捅棉签”要安全也要高效，服贸会上的采样机器人技术如何？

做过核酸检测的人都知道，“捅棉签”可是个技术活。既要有效采到样本，又不能太刺激咽喉壁。

近日在2020年中国国际服务贸易交易会上亮相的咽拭子采样机器人“灵采”，看似是个粗重的六轴机器人，却颇擅绣花活。它在透明防护罩内能自动戴上隔离套、拿取棉签，随后认准受试者的口部和咽喉壁，在操纵台人员的配合下取样，随后自动将样本置入试管。

不难想象，中国科学院沈阳自动化研究所（下简称“沈自所”）等单位开发出的这套智能设备可以降低医护人员的感染概率。但是，机械臂采样的有效性和舒适性又如何？

沈自所机器人学国家重点实验室研究员刘浩对澎湃新闻记者肯定地表示，经过临床验证，机器人在采样有效性上存在优势，而且过程轻柔快速。

偌大一套设备，核心还是在小小的采样头上：相比起工业机械臂，那里不仅多了一个夹持的自由度，而且集成了力学感知、视觉算法、人机交互等关键技术。

两代采样机器人

刘浩回忆道，大年初一的时候，团队接到来自钟南山团队的一个非常具体的需求：如何在核酸检测采样的过程中把医护人员和受试者尽量隔离开，避免医护人员感染。

刘浩团队很快把原理样机研制出来，3月份拿到广州呼吸健康研究院，通过医院伦理审批后与李时悦教授合作开展临床验证。

“我们采集了70多个受试者的100多份样本，证明机器人确实在采样有效性和感染控制上存在优势。”

在服贸会“科技抗疫”展区，“灵采”旁边还有一台外观看上去更为简单的机器人，就是刘浩团队当时开发出的第一代咽拭子自动采样设备。它主要针对的是隔离病房里新冠确诊患者的采样。按照设计，它可以在隔离病区里巡航，把采样工具带进去，由医护人员远程操作后再将样本带出。

到了4月份，随着疫情防控进入常态化，采样机器人的研发思路也随之更新。“我们需要的不再是隔离病房里的采样机器人，而是大规模采样机器人，甚至一次性采样十几万人。这样机器人无须移动，定点即可，但必须具备高效运转的模式。”他说到。

团队就把采样全流程做了重新梳理，包括隔离感控、工具移动、试管转移等等，形成了第二代“灵采”机器人。医护人员只需要在安全状态下干预采样，其他流程全部自动化。

人机协作

“捅棉签”这个动作，每个人的采样习惯都不一样。有些操作可能不够规范，没有有效地采集到样本。

刘浩介绍到，有了“灵采”，操作人员并不需要掌握高超的采样技巧，只需要适当干预。基于力学感知，机械臂可以把力控制在一个稳定的区间，使得棉签与咽喉壁保持最佳接触状态，从而保证采样有效性。

在这中间，力感就是一项核心技术，要点在于“快速轻柔”，不会刺激人体的咽反射。计算机视觉也扮演了重要的角色，帮助机器人准确识别跟踪采样工具和人体口腔、咽喉壁。

虽然沈自所是机器人领域的行家，但这个特殊的研发任务还是让刘浩团队体会到了一些此前从未考虑过的挑战，隔离感控就是其一。

“以往做医疗机器人，我们也会设计一些隔离套避免感染，但不会过多地考虑呼吸道传播的问题。”要知道，虽然机器人不怕感染，但采样过程可能会造成不同受试者之间的交叉感染，或是样本被污染。

刘浩透露，下一步，团队计划继续提升视觉算法的可靠性和稳定性，这能让机器人更加自主，减轻操作人员负担，也符合医疗机器人对安全性的高要求。在此基础上，团队将会推进“灵采”的医疗器械审批和推广应用。