ロボットが口腔から検体を採取し、医療従事者を支援できる可能性
もっと不快でない方法を見つけるまでは、現在存在するCOVID-19のごくわずかな感染の有無を確認する最も確実な方法には、粘膜から検体を採取する不快な処置が含まれます。PCR検査が好きな人はまずいないでしょう。
鼻から行うものでも、喉の奥まで行い、思わず看護師を押しのけたくなるような処置でも、不快なねばねばした粘液の採取は患者にとって楽しいものではなく、粘液に肘まで浸かっている医療従事者にとっては、さらに楽しくないものでしょう。その粘液がCOVID-19を保有している現実的な可能性もあるのですから。
咽頭からの綿棒採取は、単調で、汚れやすく、同時に危険でもある作業です。そのため、ロボットがその瞬間に人間からのあらゆる力の影響を避けられるのであれば、理想的な仕事と言えます。
IEEE Robotics and Automation Lettersに掲載された論文では、深圳人工知能・ロボティクス研究所の研究者らが、検体採取の過程で医療従事者の安全を守るとともに、より有益で負担の少ない業務に時間を振り向けられるよう設計されたロボットを発表しました。正直なところ、この検体採取を喜んで行う人はいません。
「COVID-19の流行は世界中で死亡者と罹患者を生み出しました。咽頭綿棒採取は、各国でCOVID-19の診断に広く用いられています。医療従事者がウイルスにさらされるのを避けるため、我々は9自由度（DOF）を持つ硬軟複合カップリング（RFC）ロボットを開発しました。このロボットは、視覚システム、UR5マニピュレーター、マイクロ空気圧アクチュエーター、力測定システムで構成され、綿棒採取を支援します」と研究では述べられています。
研究者らは、人の喉は繊細で傷つきやすいと指摘しています。硬い筐体構造をベースにしたエンドエフェクターは、誤って操作されると口腔内に物理的な損傷を与える可能性があります。少しでも危険を減らすため、このシステムはUR5アームに使い捨ての柔らかいマイクロ空気圧アクチュエーターを組み合わせています。これは力センサーに接続され、喉の中で実際に綿棒を動かす役割を担い、どこを押すべきかを判断する視覚センサーも備えています。
動画では、アクチュエーターに過度の力がかかるとロボットが動きを止めること、また実際のボランティアから安全に検体を採取する際にも問題がないことが確認できます。
このシステムで懸念されるのは、設計上、患者の後頭部がUR5の作業空間内、少なくともアームに取り付けられた硬い部品が届く範囲内に入ってしまうように見える点です。
この変形するアクチュエーターの背後には、変形しない直動アクチュエーターがあり、それを毎秒180度で動くことのできる関節を備えた強力なロボットアームが支えています。確かに、アームが何かにぶつかった場合に動きを止める力検知機能は含まれていますが、それはソフトウェアによるものですよね？
アーム、直動アクチュエーター、その他のすべての硬い部品が、物理的に危害を加えられない配置になるよう設計されていれば、患者はより安心できるでしょう。つまり、システムが患者に届いて通り過ぎるように調整するのではなく、人がシステムからどれだけ離れているかに合わせて調整できるように機器を配置するということです。
研究者らは、「機械的（制限された）実装は、一般に、低侵襲の開腹手術においてより安全である」と認めていますが、ソフトウェアによる安全対策の方が安価で扱いやすいと考えています。ただ、その分安全性が低くなる可能性もあります。
公平に見て、ここでまず重要なのは、システムが確実に検体を採取できることを確認することです。採取できなければ、そもそも心配する意味もないでしょう？ 採取方法の有効性を検証するため、基準遺伝子（COVIDではない）を用いたPCR検査を行ったところ、ロボットが採取した検体は、専門の医療従事者が採取した検体と同等に扱える品質であることが示されました。今後、研究者らは「システムの信頼性を高め、臨床試験へ進む」ことを計画しています。
このロボットにより、リスクが減り、医療従事者が長時間の反復的な検体採取作業から解放されることが期待されます。硬い検体採取ロボットと比べ、研究者らが開発した力に敏感な装置は、より安全かつ穏やかな方法で綿棒採取の手順を簡略化できる可能性があります。さらに、9自由度を持つ予備マニピュレーターの動作計画には、可変パラメーターをゼロにするニューラルネットワークに基づく最適化手法も提案されています。
開発されたロボットシステムは、口腔ファントムとボランティアの両方で綿棒採取を行うことで検証されました。ファントムとボランティアの平均採取時間はそれぞれ18秒と20秒でした。患者ごとに腕とエンドエフェクターの無菌状態を保つため、マイクロ空気圧アクチュエーターは使い捨てのユニットとして作られており、使い捨ての保護フィルムが取り付けられた位置で、クイックリリースコネクターにより容易に交換できます。
