机器人采样器或能协助医护人员完成口腔拭子采样

在找到更不让人难受的方法之前，目前所有能够检测您是否携带哪怕一丁点新冠病毒的最可靠方式，都包括令人不适的黏膜采样操作。大概没有人喜欢核酸检测的过程。 

无论是经鼻腔的操作，还是深入喉咙的操作，直到您下意识地想要推开护士为止，采集这些恶心的黏液样本都不让患者开心，对医务人员来说可能更不愉快，尤其是在您手上沾满的黏液很可能含有新冠病毒的情况下。

咽拭子采样过程既枯燥、又脏、还有危险，这使其成为机器人的理想任务，前提是这个机器人在此过程中能够避免任何来自人的外力冲击。

在发表于IEEE Robotics and Automation Letters的一篇论文中，深圳市人工智能与机器人研究院的研究人员介绍了一种机器人，旨在保障采样过程中医务人员的安全，并让他们把时间用在更有价值、也更温和的事情上。说实话，没有人喜欢采集这些样本。

“新冠疫情造成了全球范围的死亡和发病。各国广泛使用咽拭子采样来诊断新冠感染。为避免医务人员接触病毒，我们开发了一款具有9个自由度（DOF）的刚柔耦合机器人（RFC），用于协助完成拭子采样。该机器人由视觉系统、UR5机械臂、微型气动执行器和力测量系统组成。”研究报告中如此写道。 

研究人员指出，人的喉咙很脆弱，容易受伤。基于刚性外壳结构设计的末端执行器，如果操作不当，可能对口腔造成物理损伤。为了让情况稍微没那么不安全，该系统将UR5机械臂与一次性柔性微气动执行器相结合，执行器连接力传感器，以实际完成喉部拭子采样动作，并借助视觉传感器确定应该在哪里按压。 

视频显示，执行器上的力过大时，机器人会停止运动，而且在对真人自愿者进行安全采样时不会出现问题。

这一系统可能引发的担忧在于，根据设计，患者的后脑勺似乎会处于UR5的工作空间之内，或者至少处于连接在机械臂上的刚性部件可触及的范围之内。 

这种可变形的执行器背后，是一个不可变形的线性驱动装置，由一个强有力的机器人手臂支撑，其关节每秒可转动180度。是的，系统包含力检测功能，一旦手臂碰到什么东西，就应当停止运动，但这只是软件层面的，对吧？ 

如果系统的设计使手臂、线性驱动装置以及其他所有刚性部件的布局在物理上根本无法造成伤害，患者会感觉更安心——比如，将设备安装成让人去适应自己与系统之间的距离，而不是让系统去适应以够到患者并越过其范围。 

研究人员承认，“对于开放式微创手术而言，机械（限位）式实现通常更安全”，但他们认为软件安全更便宜、更方便。只是这样做可能不够安全。

公允地说，这里的第一步是确保系统能够可靠地采样，因为如果它做不到，那又何必担心其他问题呢，对吧？为验证采样方法的有效性，研究人员进行了核酸检测（使用参考基因而非新冠病毒），结果显示，机器人采集的样本与专业医务人员采集的样本质量完全相当。接下来，研究人员计划“提升系统的可靠性并推进临床试验”。

预计该机器人将降低风险，并使医务人员免于长时间的重复性采样工作。与刚性采样机器人相比，研究人员开发的力敏感装置有望以更安全、更温和的方式简化拭子采样流程。此外，针对九自由度冗余机械臂的运动规划，研究人员还提出了一种基于带变量参数归零神经网络的优化方法。 

所开发的机器人系统已在口腔模型和志愿者身上进行了拭子采样验证。模型与志愿者的平均采样时间分别为18秒和20秒。为确保机械臂和末端执行器在患者之间保持无菌，微气动执行器设计为一次性装置，采用快拆接口，可在粘贴一次性保护膜的位置轻松更换。