30秒后，采樣完成，被檢測者只需張開嘴、閉上嘴、摘下口罩、戴上口罩即可。 這與很多人經(jīng)歷過無數(shù)次的疫情期間醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行的核酸采樣沒有什么不同。

就像動畫電影《大白》中無所不能的白色機(jī)器人一樣，一群機(jī)器人“大白”正在接管核酸采樣工作，并利用機(jī)器視覺和力控系統(tǒng)確保采樣過程的準(zhǔn)確性和靠譜性。

據(jù)南方周末記者不完全統(tǒng)計，截至2022年6月底，國內(nèi)至少有10家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)發(fā)布了全自動核酸采樣機(jī)器人產(chǎn)品。 有的企業(yè)在1個月內(nèi)就完成了產(chǎn)品立項(xiàng)和設(shè)計，并對成品進(jìn)行了多次迭代。

在采樣速度方面，大多數(shù)機(jī)器人暫時無法與熟練的醫(yī)務(wù)人員匹敵。 機(jī)器人采樣的優(yōu)勢較初是降低感染危險，分擔(dān)醫(yī)療護(hù)理的辛苦工作。 但隨著標(biāo)準(zhǔn)化核酸檢測的實(shí)施，核酸采樣機(jī)器人被賦予了潛在的成本優(yōu)勢。

多位受訪企業(yè)告訴南方周末記者，由于涉及醫(yī)療活動，核酸采樣機(jī)器人需要醫(yī)療器械注冊審批，但監(jiān)管部門仍在研究該機(jī)器人屬于哪一類設(shè)備。

高校與企業(yè)聯(lián)手，但細(xì)節(jié)設(shè)計存在差異

采樣機(jī)器人與其說是一項(xiàng)“黑科技”，不如說它更像是現(xiàn)有技術(shù)的整合。 其兩項(xiàng)核心技術(shù)——用于圖像識別的機(jī)器視覺系統(tǒng)和用于調(diào)整強(qiáng)度的力控制系統(tǒng)——都非常成熟。 與其他應(yīng)用相比，工作區(qū)域從汽車零件變?yōu)楦嗳醯娜梭w喉嚨。

目前，采樣機(jī)器人的開發(fā)者有著不同的身份。 其中包括新松股份有限公司（以下簡稱新松）等傳統(tǒng)機(jī)器人企業(yè)，也包括上海交通大學(xué)、清華大學(xué)等高校。 多方協(xié)作是一種常見模式。 例如，“鵬城輕耕”機(jī)器人是杭州湖西云百勝科技有限公司與深圳羅湖醫(yī)院集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的。 南方醫(yī)科大學(xué)深圳醫(yī)院還與深圳市智慧森林網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司聯(lián)合開發(fā)了核酸檢測自助采樣機(jī)。

雖然技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但各個研究團(tuán)隊的解決方案從人機(jī)交互、檢測精度、靠譜保障等角度都存在細(xì)微的差異。

據(jù)南方周末記者了解，目前開發(fā)的采樣機(jī)器人有兩種類型，根據(jù)使用場景而定。 一種安裝在車體上，采用負(fù)壓設(shè)計，空氣單向向外流動，實(shí)現(xiàn)“車動而人不動”的機(jī)動性和靠譜性，如公司的“瑟瑞”采樣車上海人工智能研究院； 一種采用和采樣亭一樣的固定箱式結(jié)構(gòu)，里面是機(jī)械臂，外面是被檢測者，比如新松公司研發(fā)的“多克便捷核酸采樣亭”。

各種產(chǎn)品之間的主要區(qū)別在于采樣孔處的吹嘴設(shè)計。 吸嘴類似于一根短塑料管，安裝在采樣室的外壁上。 當(dāng)被檢測者將其含在嘴里時，相當(dāng)于給采樣拭子配備了“瞄準(zhǔn)器”。 機(jī)械臂前端可沿中空管道直線驅(qū)動，對暴露的喉部進(jìn)行目視分析和采樣。

當(dāng)然，還有更簡單的設(shè)計。 江蘇省江陰市福仁高科技有限公司的產(chǎn)品采用一次性紙杯代替咬嘴供被測試者咬合。

參與核酸采樣機(jī)器人研發(fā)的林園告訴南方周末記者，吹嘴在物理上將受檢者控制在一定范圍內(nèi)。 “從技術(shù)角度來說，它比較粗糙、不智能，而且是人機(jī)協(xié)作?！?但為了讓產(chǎn)品盡早進(jìn)入市場，這樣的設(shè)計也是必要的。 目前，他和他的團(tuán)隊正在研究一種更加智能的解決方案，讓機(jī)器可以通過面部識別和語音引導(dǎo)與人合作，并自動適應(yīng)人體的晃動。

事實(shí)上，核酸采樣機(jī)器人并不新鮮。 2020年，日本機(jī)器人巨頭川崎重工株式會社與原中國合作開發(fā)核酸檢測機(jī)器人系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由鼻拭子采樣、PCR檢測和醫(yī)療護(hù)理三部分組成。 其中，鼻拭子采樣部分由醫(yī)生遙控的“協(xié)作機(jī)器人”進(jìn)行，被檢測者還可以通過機(jī)器人上的屏幕與醫(yī)生進(jìn)行交流。

COVID-19疫情爆發(fā)時，國產(chǎn)核酸采樣機(jī)器人就已經(jīng)出現(xiàn)。 2020年3月，沉陽自動化研究所聯(lián)合廣州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院完成智能機(jī)器人咽拭子采樣解決方案，并在沈陽進(jìn)行試采樣。 當(dāng)時，名為“靈彩”的采樣機(jī)器人被安裝在一輛小車上，由人遠(yuǎn)程控制，“瞄準(zhǔn)”電腦屏幕上的采樣區(qū)域進(jìn)行作。

誰在購買采樣機(jī)器人？

目前，多款機(jī)器人“大白”已受到地方和防疫部門的青睞。

2021年1月，第二代“靈彩”在沈陽全員核酸檢測中亮相。 與代“靈彩”相比，迭**品采用封閉箱體結(jié)構(gòu)，醫(yī)護(hù)人員作機(jī)械臂，通過屏幕與被檢測者進(jìn)行交流。 據(jù)貴州日報報道，2022年6月中旬，貴州省首臺“靈彩”在畢節(jié)市第三人民醫(yī)院投入使用。 版本的產(chǎn)品“整個過程無需人工干預(yù)”。

與大多數(shù)仍處于調(diào)試階段的新一代采樣機(jī)器人相比，北京博鰲精典生物科技有限公司（以下簡稱“博鰲精典”）的“輕騎兵”新冠細(xì)菌核酸檢測移動實(shí)驗(yàn)室是較早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的成熟產(chǎn)品，配備核酸采樣機(jī)械臂。

該產(chǎn)品外觀類似輕型客車，部分車型配備了清華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院研發(fā)的機(jī)械臂。 車內(nèi)醫(yī)護(hù)人員控制機(jī)械臂瞄準(zhǔn)采樣區(qū)域，點(diǎn)擊按鈕。 機(jī)械臂按照預(yù)先指定的動作從汽車側(cè)窗采集樣本。

博鰲經(jīng)典工作人員告訴南方周末記者，負(fù)壓設(shè)計的機(jī)械臂和車身的價值在于保護(hù)采樣器。 當(dāng)采樣者面臨比 COVID-19 更危險的細(xì)菌時，他們可以獲得額外的保護(hù)層。 該工作人員還強(qiáng)調(diào)，與機(jī)械臂相比，“輕騎兵”的亮點(diǎn)主要是快速探測。 通過安裝在車輛上的完全集成的芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，從采樣、測試到陽性報告的整個過程可以在45分鐘內(nèi)完成。 整個實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)集成在一輛輕型車上，兼顧便攜性和機(jī)動性。 目前，“輕騎兵”已在西南山區(qū)和邊境地區(qū)使用。

此前，輕客佳研究院也在媒體報道中表示，自產(chǎn)品研發(fā)伊始，“就接到了來自機(jī)構(gòu)、疾控中心、大學(xué)等的詢價和采購及代理電話”。

新松智能制造事業(yè)部總監(jiān)潘春告訴南方周末記者，更大的采樣點(diǎn)需要4名醫(yī)護(hù)人員。 如果采用兩班倒的話，一天的人力成本就不小了。 “這部分支出可以分到機(jī)器人來代替你?！蹦壳?，“多克”采樣亭已在上海浦東、徐匯、靜安等地的指定地點(diǎn)進(jìn)行測試。

至于產(chǎn)品定價，中科新松表示，目前尚未正式確定，“我們還沒有到報價階段，我們的初衷是服務(wù)社會，減輕醫(yī)護(hù)人員的負(fù)擔(dān)?！?/p>

林遠(yuǎn)表示，他參與研發(fā)的采樣機(jī)器人是針對核心部件量身的。 雖然復(fù)雜度高，需要不斷調(diào)試，但還是能將報價控制在100萬元以內(nèi)。 “一些采樣機(jī)器人的價格之所以比較高，是因?yàn)樗鼈儾捎昧爽F(xiàn)成的解決方案，比如使用工業(yè)流水線的機(jī)器人。其實(shí)采樣工作并沒有那么復(fù)雜，有些是大材小用?！?/p>

如何實(shí)現(xiàn)全自動采樣

這是科幻小說里才有的場景，也是醫(yī)療機(jī)器人行業(yè)的較高追求。 從某種意義上說，新出現(xiàn)的全自動核酸采樣機(jī)器人“偶然”實(shí)現(xiàn)了這一飛躍。

要全面實(shí)現(xiàn)“機(jī)器換人”的目標(biāo)，自主采樣機(jī)器人首先需要“眼睛”。

上海一家機(jī)器人公司的研究員告訴南方周末，在設(shè)計核酸采樣機(jī)器人視覺識別系統(tǒng)時，該公司動員員工拍攝咽部照片，獲得了5000多個樣本。 研究人員表示，不同的人和拍攝角度在照片中顯示出不同的咽后壁狀況。 “有些人扁桃體腫脹，有些人根本沒有扁桃體?！?研發(fā)團(tuán)隊在每張照片上標(biāo)記出扁桃體和咽后壁的位置，讓機(jī)器學(xué)習(xí)，直到能夠準(zhǔn)確識別采樣區(qū)域。

解決了視覺系統(tǒng)，另一項(xiàng)技術(shù)就是與靠譜密切相關(guān)的力控系統(tǒng)。

為了保證機(jī)械臂在采樣過程中的靠譜，研發(fā)團(tuán)隊首先通過研究設(shè)定了機(jī)械臂的靠譜工作范圍——約12厘米，兒童更短。 此外，在采樣過程中，全程采用力控技術(shù)，實(shí)時感知采樣強(qiáng)度。 經(jīng)過多重驗(yàn)證，采樣強(qiáng)度控制在0.2N~0.3N之間，這是一款動作精度控制在0.02mm的機(jī)械臂。 這并不難說。 這樣既保證了采樣的準(zhǔn)確性，又保證了被采樣人的舒服度，實(shí)現(xiàn)溫和采樣。

林園表示，核酸采樣的標(biāo)準(zhǔn)文件——《新型冠狀細(xì)菌核酸采樣培訓(xùn)方案》和《醫(yī)療機(jī)構(gòu)新型冠狀細(xì)菌核酸檢測工作手冊（試行第二版）》僅規(guī)定了采樣的大致區(qū)域和方法，而不要客氣。 力的大小。 在設(shè)定機(jī)械臂的強(qiáng)度時，他們參考了代“靈彩”機(jī)器人的臨床研究成果。

南方周末記者注意到，上述臨床研究結(jié)果發(fā)表在2020年8月的《歐洲呼吸雜志》上。研究人員利用四種不同的力量作機(jī)器人對受試者進(jìn)行采樣。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作用力在20～40g之間時效果較佳。 同時，受試者報告的喉嚨痛等副作用相對較少，因此建議使用40g。 對速度進(jìn)行采樣。

北京大學(xué)計算機(jī)學(xué)院教授黃鐵軍告訴南方周末記者，目前的人工智能已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)核酸采樣機(jī)器人所需的機(jī)器視覺能力。 “這不是什么神秘的技術(shù)”，但他不能相信機(jī)器視覺。 。 他建議可以設(shè)置一個驗(yàn)證方法來識別不正確的視覺識別結(jié)果，然后移動相機(jī)并改變角度。 確認(rèn)高度置信度后，機(jī)械臂繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

原中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所教授單世光也對南方周末記者表示，只要收集到足夠的數(shù)據(jù)，視覺識別并不難實(shí)現(xiàn)。 為了提高數(shù)據(jù)采集水平，需要考慮采集時攝像頭如何捕捉數(shù)據(jù)、暗口如何打光、作不當(dāng)時不小心碰到鏡頭怎么辦等。

為了解決照明問題，上述上海公司的團(tuán)隊在機(jī)械臂中集成了恒定光源。 光源產(chǎn)生的熱量可以同時解決鏡頭的除霧問題。 為了解決每次采樣后檢測間過氧化氫噴霧消毒導(dǎo)致相機(jī)壽命縮短的問題，研究團(tuán)隊選擇了防霧工業(yè)相機(jī)。 為了固定被測者的口腔，防止壓舌板造成不適，團(tuán)隊還對三個版本的吹嘴口徑和長度進(jìn)行了改進(jìn)，并進(jìn)行化生產(chǎn)。

2021年1月13日，沉陽，“靈采”咽拭子采樣機(jī)器人出現(xiàn)在核酸檢測點(diǎn)，醫(yī)護(hù)人員正在檢查機(jī)器人采樣狀態(tài)。 （人民視野/圖）

等待醫(yī)療器械許可證審批

正如自動駕駛按照智能程度分為L1至L5一樣，醫(yī)療機(jī)器人界也提出了自動化分級標(biāo)準(zhǔn)。 2021年12月，在《》子刊《 》創(chuàng)刊號上，該子刊創(chuàng)始人之一、倫敦帝國理工學(xué)院教授楊光中提出將醫(yī)療機(jī)器人按照學(xué)位分為六級自動化。

其中，較低級別0為無自動化，機(jī)器人的動作完全由作者的意志控制。 目前世界上應(yīng)用較廣泛的手術(shù)機(jī)器人“達(dá)芬奇”就屬于這個級別。 較高等級為5級，機(jī)器人可以在無人監(jiān)管的情況下自立完成作業(yè)。 目前，研究團(tuán)隊已完成全自動機(jī)器人的動物實(shí)驗(yàn)，但市場上尚未有相關(guān)產(chǎn)品。

從遠(yuǎn)程控制到無人監(jiān)管的自動作，采樣機(jī)器人的進(jìn)化路徑似乎與手術(shù)機(jī)器人非常相似。 不過，正如林園所說，“核酸采樣只接觸體表，不像手術(shù)機(jī)器人需要切除人體組織、處理出血、縫合傷口?！?采樣機(jī)器人不適合楊光中提出的手術(shù)機(jī)器人的分類。

由于將棉簽插入鼻腔屬于醫(yī)療行為，因此采樣機(jī)器人需要獲得醫(yī)療器械認(rèn)證后方可投入使用。 日本川崎重工開發(fā)出核酸檢測機(jī)器人系統(tǒng)后，日本神戶市市長在2020年6月的資訊發(fā)布會上明確表示，“在獲得醫(yī)療認(rèn)證之前，我們不會將這款機(jī)器人投入使用。 ”

某醫(yī)療行業(yè)券商分析師對南方周末記者表示，由于采樣機(jī)器人接觸了人體敏感部位，所以正常情況下應(yīng)該屬于三類醫(yī)療器械。 此前，已有少數(shù)手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品通過了創(chuàng)新醫(yī)療器械審查，走上了“綠色通道”。 然而，該審查僅關(guān)注具有滿足疾病需求的重大創(chuàng)新的設(shè)備。 “我個人感覺核酸采樣機(jī)器人難度更大?！?/p>

在醫(yī)療器械管理局醫(yī)療器械注冊證數(shù)據(jù)庫中，南方周末記者搜索“機(jī)器人”，沒有發(fā)現(xiàn)與核酸采樣明顯相關(guān)的產(chǎn)品。

一些受訪企業(yè)表示，他們的產(chǎn)品從設(shè)計階段就與當(dāng)?shù)剡M(jìn)行溝通，目前正在等待醫(yī)療器械許可證的審批。 但由于沒有先例，“衛(wèi)健委尚未確定其屬于哪一類設(shè)備”。

上述上海廠商表示，產(chǎn)品樣機(jī)制造出來后，將先在工廠進(jìn)行試用。 目前已迭代至第三代，正在等待相關(guān)醫(yī)療器械許可證的審批。

在等待審批的同時，企業(yè)已經(jīng)開始制定核酸采樣機(jī)器人的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 潘純表示，新松、上海電機(jī)研究所等單位剛剛制定了打樣機(jī)器人企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范自身產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)。 接下來，上海電氣工程研究院將帶領(lǐng)行業(yè)醫(yī)生共同探討核酸采樣機(jī)器人的總體標(biāo)準(zhǔn)。

（應(yīng)受訪者要求，林遠(yuǎn)為化名）

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