杨赓：抗疫中的医护人员太难了，机器人能帮上忙吗？

“青稞”有约

杨赓，“百人计划”研究员，任职于浙江大学机械工程学院，流体动力与机电系统国家重点实验室，博士生导师。近日，杨赓的课题组与浙大一院的医护人员开展交叉合作研究，集成开发了一套集日常看护、物品消毒、心理干预和远程诊疗为一体的多功能可移动防疫机器人，探索机器人在医疗一线应用的可能性。（图中右一为杨赓）

疫情爆发，我们有点坐不住了

我是吉林九台人，2016年入选国家青年千人加入了浙江大学，在杨华勇院士团队从事柔性传感与智能机器人技术研究。

我们课题组一直从事辅助型协作机器人感知及控制方面的工作，当时的应用场景就设定在对人有危险性的生化试验，医院有传染性的体液化验(HIV、肝炎)， 我们希望用机器人替代人做这些有危险性的实验操作。

新冠疫情爆发时，我正在老家，天天看新闻报道，发现疫情愈演愈烈。当时我特别关注到，抗疫一线的医护人员每天都要面对被感染的风险，而我所在课题组从事的研究工作恰好能部分的解决或缓解这个问题。守护一线医护人员的生命健康，我必须做点什么。我开始坐不住了，大年初四（1月28日）那天，我在课题组群里发了一条微信：“这次疫情，对于广大群众是灾难，对于医务工作者，科研工作者来说，是挑战，更是责任！”我对同学们说，疫情面前，不要把自己作为避难者和旁观者，应该把自己定位为可以做出贡献的科研工作者。信息一发出，同学们的反馈非常积极一致，每个人都很想为抗疫做点什么。

就在同一天，在浙江大学医学院附属第一医院发热门诊工作的医生朋友向我发来“求助”信息，她说如果机器人技术能够用到发热门诊或者隔离病房，就能帮他们的大忙。

所以那天开始，我们课题组就开始行动了，大家分头思考机器人在医院的应用层面和技术细节还有哪些没有攻克。

需求清单

针对新冠疫情的院感防控功能，我们向浙大一院的医护人员请教了大量问题，他们口述，我们记录，并进行了细化归类总结。以下是当时的一份总结：

诊治新型冠状病毒肺炎的隔离病房和发热门诊诊治过程中出现的一些问题亟待解决：

·虽然防护严密，仍存在医护人员感染的极端例子；

·医生穿好防护服后无法正常使用听诊器进行肺部听诊；

·大量重复繁琐的工作例如传递物品，发药，测体温，拍背等占用医生、护士、护工大量时间和精力，导致体力脑力消耗，影响进一步诊疗；

·收纳医用垃圾，铺床单等操作会产生大量的病毒气溶胶导致护工发生感染风险；

·医生在隔离病房内问病史、查房等无法随手记笔记和床边查阅患者检查报告带来很大不便，由于隔离病房的患者的病种病情相近，会导致记错甚至开错医嘱的风险。

机器人应用于隔离病房能降低院感风险。

我们还对机器人能代替或辅助的操作进行了梳理：

医生相关操作：无法使用听诊器的问题、远程问病史、远程问诊、查房、交流、心理疏导（后期指导）、签署知情同意书、指导康复及肺功能训练、

护士相关操作：开关监护仪等仪器开关，发药、测体温、协助翻身、拍背、传递物资、传递废物、开门

护工相关操作：喂饭、梳头、传递便盆、传递尿壶、拖地、收垃圾、喷洒消毒剂、铺床单

医技相关操作：协助拍床边胸片，按拍片按钮，减少医护辐射

视频面板：可以直接看同意书和签字，看康复视频，检查摆体位如CT示范视频等。

应急科研项目

当然，我们的技术不是万能的，不能满足医护提出的所有需求，我们按照“清单“，做我们能做的部分。我们有一个构想，希望机器人能像医护的“第二身体“一样，医护可以远程操控：医护的手臂、手部如何作动，机器人就跟着做相应动作；医护人员可以像”隔空取物“一样操作机器人，为隔离病房的病人发放、递送物品，甚至操作医疗仪器。

图：这是我们的集成开发的机器人

我在学校网站上看到了“浙江大学的非冠状病毒肺炎应急科研项目”的申请指南，于是联合浙大一院5位医护人员 （包括新冠一线诊疗医生，门诊医生，住院部护师）共同向学校提出了申请。2月20日收到通知，该应急项目获批实施。

之后，我们在学院的帮助和支持下向学校申请骨干学生回校工作。2月28日， 3位研究生回到杭州，进入灵峰山庄隔离；3月8日，这3位学生结束隔离，第一时间回到实验室开始应急攻关。此外，我们课题组的两位博士生和硕士生在家办公，远程支持。

我们发现，在控制精准性方面我们遇到了瓶颈：已有的人机控制是基于人体动作末端点映射到机器人末端点的方法实现的，但医院场景的遥操作控制对机器人动作规划的精准性提出了更高要求；已有的机器人动作规划程序包执行下来存在末端点不稳，机械臂运动过程中关节动作扭曲等问题。这是一个很棘手的问题，如果不解决它，机器人的双手协同操作就没法实现。

针对这个“硬骨头”， 博士生吕鸿昊，硕士生杨柳、张志宇在灵峰山庄隔离的10天里不停的调试（虚拟仿真环境）；“出关”后在实验室里又调了10天时间；舍弃原有程序代码，把关键控制代码几乎重新写了一遍，经过反复调试通过功能验证，实现了机器人在医院模拟场景下动作的目标功能。机器人变得更灵巧，更可靠了。

那段时间，没有复工复产，很多实验材料、器件买不到；即使网上下单，快递也运不过来；实验室里的学生克服困难，动手改装，用已有材料改造；东拼西凑的把机器人底盘拼出来，并和机器人上半身进行了集成，完成组装工作。

进医院测试

与研究并行的医院伦理审查也在进行着，经过多轮论证、询查，我们于3月10日得到了批复。这意味着，机器人可以去医院进行功能验证了。

3月18日，我们满怀期待带着机器人来到了浙大一院。去医院的测试工作，得到了医护们的大力支持；他们从医院病房实际环境、实际操作角度提出了很多我们从来没考虑过的细节。

图：机器人像是医护人员的“第二身体”，可以对其进行遥操作

玉泉实验室环境与医院病房环境的差异还是很大，如病房内病床位置、高度、病床间隔距离；医疗仪器的高度、按钮大小；医院病房的自动门开合等等，这些细节与实验室环境下的测试有很大差异，对在医院环境下的调试也提出了很多挑战。

浙大一院的医护提前预测到了这些问题，并给我们的实际医院场景测试提建议；所以机器人进医院环境测试的第一步是到医院的“教学中心”，这里的场景与医院是一样的，但是没有病人，人也少，我们可以安心调试；我们在”教学中心“用了半天的时间进行机器人组装、功能调试、模拟场景试验等等。一系列调试都OK后，下午我们到了医院的急诊重症监护病房进行功能测试 ，有了上午的预演，隔离病房的功能验证就顺利多了。

图：远程听诊

我们做验证时，路过的医护会好奇地放慢脚步，甚至停下来问一嘴，这个“东西“是干嘛的？

“一定能帮到医护！”

医护人员的反馈让我们很欣慰。

对医生来说，穿上厚重的防护服后听诊是个很大的难题。浙大一院的杜医生说，机器人的远程问诊功能可以减少医护病房内的暴露时间的前提下，实现医护和患者实时“面对面”沟通，可以并且可以实时记录、听诊和消毒，功能挺全，一定能帮到医护。

浙大一院的王护士说：“它的双臂很灵巧，可以做传递药品，体温计，调节静脉微泵的输注速度，甚至可以按监护仪等仪器的按钮，如果今后升级版还能做咽拭子操作和床边B超，就更棒了。”

目前这套防疫机器人系统已经完成预定功能，并且部分功能超出了原始计划。但经过与一线医护的进一步交流，我们发现从技术、功能及细节方面还有不少待提高的空间。经过与医护同事讨论，我们得知在远程听诊、医疗仪器精细操作、远程问诊这3个功能对防疫一线的医护人员具有很实际的使用价值。从患者的角度考虑，我们机器人的外观、外形设计要更加亲和与便利，减轻患者的疑虑与排斥。

未来，我们将与浙大一院进一步合作研究，我们也确定了在这3个方面进一步研发、进一步深入挖掘。中心思想只有一个：希望我们的工作能为一线的医护解决实际问题、帮上忙，哪怕只是一点点，也是值得的。

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