机器人技术应对传染病的挑战
本次疫情是全球人民面临的大挑战，在出乎意料，措手不及的情况之下，全世界陷入了无法想象的慌乱，病毒肆虐，不断变异，医护人员在处理日常工作，临床护理的同时，要面对各种突发事件。好在随着疫苗的诞生，疫情至今已经算是得到了控制，但是人类应该牢记这次教训，调动各行业的科学家齐心协力，发挥医学，科技，人工智能的强大力量，以不变应万变。其中，机器人的发展可谓是重中之重，机器人在本次疫情期间就大力帮助了医生患者检测病症，临床护理，测温，甚至心理疏导。机器人的现状，以及未来将如何发展才会更好更全面的协助人类面对未来可能来到的疫情，本文作者将带你一探究竟。 系统化的多场景解决方案 临床需求 临床方面使用的也是护理机器人，预期可以实现的一大应用是协助处理他们每小时执行的大量任务，包括许多简单但至关重要的任务，例如： 1 测温 2 采集咽拭子 3 采血样本 4 送药 咽拭子智能机器防止了医护人员与患者的交叉感染以及对检查结果的影响，机器人统一了采集的方式，因此能更加规范采样操作，获得更高质量的标本，机器人咽拭子采样也可以达到较高的质量且受试者无不良反应。 如果机器人能够帮助完成如上所述的重复性任务，将有更多时间专注于问诊病人，个性化的患者护理和制定治疗计划。疫情防控期间，戴口罩，穿防护服对医生来说是一件必要但又很麻烦的事情。如果医生每次进入隔离室，必须立即脱下个人防护装备然后在转移到下一个病人之前，需再次准备穿上防护服。每次必须再次花费时间，而且都会增加人为感染的机会。比如你戴的口罩不够紧，我们可以使用机器人巡房，问病人基本的问题，节约时间，避免交叉感染。 抽血机器人用于智能精准地寻找静脉然后抽血。机器人实验室助理可以定位该血管并为患者抽取血液，同时减轻患者的痛苦和焦虑。他们在实验室工作，采集样品并运输、分析和储存样品，并且分配药物。 在较大的医院中，机器人可以用手推车把床单从一层到另一层，食物等患者的必需品，乘坐电梯并自行通过自动门。还有“齿轮和电线”机器人助手可以帮助截瘫，需要轮椅的患者移动，并进行物理治疗。 患者管理 1 远程医疗 相关报告指出，新的远程医疗方案是远程机器人技术应用于超声诊断。 远程机器人解决方案，即通过集成机器人技术、实时远程控制技术、力反馈技术及超声影像技术，打造出远程机器人控制以及现场视觉+听觉+触觉回馈的传送场景，达到如同亲临现场操作的灵活度和效果。远程机器人技术应用前景广泛，如远程救灾，远程医疗手术、远程超声诊断等，突破了传统超声诊疗方式的局限，能够让医生远程操作、远程指导、实时诊断，改善了医疗资源分布不均的现状，从而使医疗资源匮乏的地区也能享受到优质的医疗服务。 2 食品和药品传输 实验室和医护人员的日常离不开药物以及医疗设备的传输。而传输物资如果使用机器人，长期下来会节省很大的成本开销以及时间。 这种技术与物联网相关，使用 Wi-Fi 与电梯、自动门和火警进行通信。医院中食品和药品传输机器人，可用于在医院环境中运送药物、实验室标本或其他敏感材料，使用内置地图和一系列车载传感器进行导航。 3 社交机器人可以帮助维持社交互动和心理健康 很多国家预计将面临可用护理人员数量短缺的问题。院外护理使用机器人变得异常重要。未来，这些机器人将被要求执行越来越多更复杂的任务，从提醒患者何时服药到为那些缺乏药物的人提供情感支持和互动，扮演陪伴者的角色，让患者卧病在床也可以享受社交的快乐。 社交机器人甚至能基于来访者的文化社会背景和个人特征设计咨询方案，因此可以达到和人类咨询师相同的效果，甚至有更容易被信任，高效率的优势。 公共需求 1 检疫消毒 在公共区域消毒是疫情期间的重中之重，一些智能洗地、消毒的机器人也加入了防疫大军，在机场、火车站等地区，通过自动驾驶完成消毒清洁作业，避免人群密集场所的聚集和接触。消毒工作对于人们而言具有高风险，这时，消毒机器人可作为一线工作者，冲锋在前，替代人工完成这项艰巨的任务。消毒机器人可以轻易进入病毒重度污染的区域，对地面和空气进行消毒，使用消毒机器人还能间接降低防护服及其配套防护品的消耗量，降低采购难度及复杂性。 2 物流 物流机器人解决方案具有极强的可扩展性，可以灵活机动增加机器人数量来应付电商销售波峰波谷问题，也可以按照业务量在多个仓库之间调动机器人使用，这都是传统拣选模式不能代替的。 包括京东物流、美团外卖等都推出了不同性能的无人配送物流机器人，以配送食物、药品等应急物资。后疫情时代，电商，快递物流、医药、食品、冷链、新零售、商超等行业领域对末端配送的需求会继续保持增长，这为末端无人配送机器人的技术创新和市场应用提供了新的机会。 智能化程度的提升 人工智能 1 医院或护理设施内 下图所示是丰田公司开发的，可以识别透明物体的机器人。在复杂环境中识别透明物体，例如，玻璃杯，试管，窗户是机器困难的研发。其公司高管指出：“为了克服这个问题，机器人专家开发了一种新的训练方法来感知场景的 3D 几何形状，同时还能检测物体和表面。这种组合使研究人员能够使用大量合成数据来训练系统。”这类机器人可以用于医院的玻璃仪器分拣，以及在清洁工作中，对环境的复杂度的辨识。 2 在医护用品生产工厂和公众场所（如机场、购物中心和餐馆） 智能弹性体使未来的机器人更加灵敏，想象一下可以向各个方向扭转和转动的灵活手术器械，例如微型章鱼手臂，可以应用于生产线上的工作人员，这些工种对机器人灵活度要求高。这个发明得益于由智能聚合物材料制成的强壮“肌肉”和敏感“神经”的结合。 智能弹性技术基于智能聚合物系统，使用这种复合材料制造人造肌肉和神经，可以实现弹性部位即使被压缩，但随后可以被拉伸以恢复其原始形状。 它可用于制造医疗器械的微型触手或制造用于工业应用的大型机械臂。但与当今使用的重型机械臂不同，由智能弹性体制成的机械臂将轻得多。“我们的机械臂不需要由电机或液压或气动系统驱动——它们可以简单地通过施加电流来驱动。弹性体肌肉也可以制成满足特定应用要求的形状，而且它们消耗的电能很少。根据电容的不同，流过的电流在微安范围内。这种软机器人技术既节能，制造成本又低，未来有巨大的发展前景”。 由智能材料专家 Stefan Seelecke 教授和萨尔大学初级教授 Gianluca Rizzello 领导的研究团队正在探索这个值得期待的，柔韧性极强的机器人领域的基本方面。 5G技术的应用 如今，科技发展着实得益于5G，5G技术在医疗领域主要应用于远程实时控制，远程操作、高清图像传输等，下面举例说明。 例如，Sk Telecom 与韩国欧姆龙电子公司合作开发了一款 5G 驱动的自主机器人，以开始对抗 COVID-19。新机器人旨在用于大堂和公共区域，以执行多种措施来对抗 COVID-19。它能够在使用 5G 网络的同时，结合传感器，检测客人的体温，在有人测量到 37.5°C (99.5°F) 以上时提醒工作人员，对表面进行消毒，并提醒客人保持社交距离。 该机器人采用5G、人工智能、自动驾驶和物联网等尖端技术构建，可以为访客进行非接触式体温筛查和建筑物消毒等多种活动 在检测到访客后，机器人会自动向他们移动，使用热成像摄像机检查他们的体温。如果测得的温度为 37.5°C (99.5°F) 或更高，它会发出警报并向控制中心发出警报。 根据通过 5G 网络实时传输的这些数据，SK Telecom 将能够采取必要措施，例如禁止有可疑症状的人进入建筑物等。 应用 SK Telecom 自主开发的基于 AI 的视频分析解决方案，5G 机器人还将能够识别人们聚集的地方，然后移动到该位置，用广播的形式，大声播放强调社交距离重要性的信息。它还能识别未戴口罩的人，并要求他们戴上口罩。 此外，SK Telecom 将通过其大数据分析解决方案的应用，确保机器人的操作和管理效率更高。解决方案是在后端将分析通过物联网传感器收集的机器人组件管理数据，以检查机器人的实时状态并进行预测性维护。 5G也应用于远程诊疗技术，直接远程操控超声探头，即可对病人实施远程诊断。远程超声机器人可通过集成机器人，实时远程控制及超声影像等技术，搭载5G网络，突破传统超声诊疗方式的局限。 一方面，人工智能通过提供实时探头的操作指引和患者身体定位，模仿专业医生的取图手法，可以更好地获取图像。另一方面，超声终端获取的图像上传至云服务器进行智能辅助阅读图片，通过人工智能算法对病理图像进行智能识别和标记，从而提高了超声诊断效率。 此外，5G远程超声机器移动车，通过5G+超声机器人的结合，基于触觉交互反馈系统，可真正实现远在千里之外的医生对病人进行超声诊断。不仅弥补了专业医生数量的不足，更实现了智能化与标准化，推动医疗服务普及，高效，弥补偏远地区医疗条件不足的缺陷。 完善多元化的交互系统 完善多元化的交互系统是自然语言处理、人工智能和机器学习等技术融合的产物，能够让机器以一种人性化且互动式的个性化方式理解和响应任何形式的文本或语音，达到像人一样体察情感和解决问题。 监控体温异常人群、测量体温并传回大数据平台系统 这里其实是用了物联网的平台，仪器端测量体温并且通过物联网传回给大数据的平台，后端或许会使用人工智能等高科技进行统计分析，对体温异常人群进行追踪。 通常这款机器人囊括了高精度自主导航系统、360°无死角监控系统、相控阵雷达预警系统、北斗定位系统、红外温度探测系统、人脸识别、智能语音识别系统、5G通讯模块及智能大数据分析系统于一体。这样的机器人在公共场合可以无死角的监控密集人群，将人脸和体温，回传给大数据系统。 心理疏导 心理疏导的机器人使用声音识别，语义识别去感知人类的情感，后端有大量算法开发，是机器可以理解人的心理，并且采取相应的回答。 与传统咨询师相比，人工智能做心理咨询优势在于： 1 人工智能推断患者心理状态 人工智能有强大的记忆、学习能力。通过人工智能，将来访者症状，个人病史、家族史信息传输给机器人，让他不断记忆学习，迭代算法模型，它能够快速给予诊断，为干预心理问题争取宝贵时间。心理咨询行业已经开始使用编码软件录入来访者互动过程的情绪反应和交流行为，这些就可以作为机器学习的资料。 2 根据文化背景解决心理问题 人工智能能够产出符合文化和交流背景的反应，可以认为机器可以通过学习病人的资料，将他们的病史、来访语言和行为、生活故事、他人的评价以及病人所来自的文化背景，最终转化为机器可以理解的运算方式进行复杂运算，最后做出符合病人特征的诊断。 3 减少治疗成本 基于庞大文化数据库的运算，人工智能咨询师可以调用不同文化的方案，最终选择适合特定来访者的需求。现实生活中，跨文化的咨询师和来访者之间可能会出现不匹配的情况，导致无法深层沟通，治疗效果不佳。如此以来，人工智能就可以做到一个系统的通用性，最终降低治疗成本。可以预见，前期的训练和研发虽然耗资巨大，但是在各方面条件成熟之后，诊断以及治疗每个病人的短期成本将非常低。 4 机器人保护患者隐私 与人工智能机器人对话，可以保护个人隐私，提供相对安全说话的环境。因为大数据时代，数据会加密存储在数据库中，只有医生，以及指定权限的工作人员可以进入，并且他们有权保护患者隐私。有些人可能不喜欢和人交往，如果和机器说话可能会感到舒适自在些，机器人更易于让患者敞开心扉。 总结 本文通过临床需求、患者管理，以及公共需求的角度介绍了系统化的多场景解决方案。人工智能和5G介绍了机器人智能化程度的提升。最后讲解了如何提升和完善多元化的交互系统以及实现交互系统的重要性。 后疫情时代人们也不可以放松警惕，疫情是地球必将再次爆发的战争，这次的惨痛教训应该吹响人们心中的警钟。在高科技如此发达的今天，希望科学家齐心协力研制交互式更强，更安全，高效的智能化的机器人，医护人员将专注于病人本身，在更加安全的环境下为病人诊疗，节省成本，人力以及物力。我们可以憧憬一个全民受益于医疗科技的新时代。 作者：王晶
