32、传染病灾难中的机器人应用：从埃博拉到新冠

传染病灾难中的机器人应用：从埃博拉到新冠

1. 埃博拉疫情推动机器人研发

埃博拉疫情成为传染病灾难机器人研发的重要推动力。当时设计并测试了一些机器人设备，用于执行日常但同样拯救生命的任务。

1.1 埃博拉疫情中的机器人类型及应用

• 消毒机器人 ：如Xenex公司开发的Neil和Saul机器人，它们是安装在带轮推车上的紫外线灯设备，连接计时器，用于消灭致命病原体和对医院病房进行消毒。
• 远程呈现机器人 ：例如Vita，医护人员可通过它远程与患者会诊，并接触受影响或有风险的社区。不过，这类机器人缺乏人类的灵巧性，仍需要医护人员进行身体护理。从长远来看，机器人将能够直接与患者进行一些临床任务，如插入静脉导管抽血或提供补液。
• 其他功能机器人 ：还有用于运输埃博拉感染患者、为患者提供食物和药物的机器人，以减少医护人员接触病毒的风险。

1.2 埃博拉疫情对机器人研发的挑战与机遇

埃博拉疫情迫使机器人专家考虑部署环境的物流和环境因素，如泥泞雨季对机器人运输的困难、当地工作人员的易用性以及维护等问题。人形机器人在埃博拉疫情期间也未能充分发挥潜力，机器人在应对高传染性疾病时仍存在准备不足的问题。

然而，埃博拉疫情极大地刺激了机器人研发，确定了一系列可用机器人的领域，包括殡仪机器人、消毒和污染检测机器人、远程呈现机器人、实验室和野战医院辅助机器人、人道主义救援机器人、为工作人员提供物理安全保障的机器人以及处理废物（特别是生物废物）的机器人等。此外，埃博拉疫情在非西方背景下发生，凸显了文化胜任的社交机器人的重要性，例如殡仪机器人应能以符合文化习惯的方式处理尸体，远程呈现机器人应能作为“移动翻译”。

2. 新冠疫情：重大健康灾难机器人的转折点

21世纪第二个十年初新冠疫情爆发，人们清楚地认识到需要依靠技术来控制感染和死亡率，同时维持社会运转。疫情在一定程度上推动了数字化转型，加速克服了经济、政治、法律和社会等方面的阻力和恐惧，改变了人们对医疗保健领域机器人的看法。

2.1 新冠疫情期间机器人的应用领域

• 预防
  • 消毒清洁 ：机器人可对医院病房、公共场所进行消毒清洁，减少病毒传播机会。自主或远程控制的紫外线C（UVC）光消毒机器人成本效益高且效率高，如GermFalcon机器人和移动i - Robot。同时，更先进智能的机器人正在设计中，如基于模糊逻辑的壁面跟随机器人和基于深度学习方法和人工智能的机器人。此外，农业无人机也被重新用于消毒公共空间、运送物资等。
  • 防护用品生产 ：机器人可加速个人防护装备（PPE）和其他防护产品的生产，如3D打印面罩、隔离病房和呼吸机阀门。
  • 体温监测与信息提供 ：机器人可持续监测港口、公共场所和医院的体温，并提供重要信息。例如，智能头盔配备红外温度探测器、增强现实面罩、可读取二维码的摄像头以及Wi - Fi、蓝牙和5G，能将数据传输到最近的医院，还具有面部识别技术以检索患者医疗历史。
  • 物流配送 ：机器人可在维持社交距离的同时，为患者和残疾人提供食物和药物配送服务，如中国的Little Peanut机器人。

以下是新冠疫情预防阶段机器人应用的表格总结：
|应用场景|机器人类型|功能|
| ---- | ---- | ---- |
|消毒清洁|UVC光消毒机器人、壁面跟随机器人、基于深度学习的机器人、农业无人机|消毒公共场所和医院病房，识别和到达潜在污染区域，运送物资|
|防护用品生产|各类工业机器人|加速PPE和防护产品生产|
|体温监测与信息提供|智能头盔、监测机器人|监测体温，提供信息，检索医疗历史|
|物流配送|配送机器人|维持社交距离，配送食物和药物|

2.2 测试和检查

• 样本采集与检测 ：在新冠疫情诊断中，需要采集、处理和测试鼻咽拭子和口咽拭子。自动化或机器人辅助拭子采集系统被设计出来，以加快检测速度、提高安全性并减少感染风险，同时解放劳动力。此外，基于超声成像识别外周前臂静脉的机器人系统也在研究中，用于自动静脉穿刺。
• 远程检查 ：中国开发了远程机器人超声系统，用于对肺部进行超声检查，评估新冠对肺部组织的影响；加拿大使用远程机器人超声系统对受疫情影响的偏远社区进行远程产科检查。研究人员还将远程超声设备与5G网络集成，可对不同医院和城市的隔离患者进行检查。
• 人工智能辅助诊断 ：人工智能和深度学习方法可对超声系统和其他医学成像方法的数据进行多分析，检测感染病例。例如，开发了基于神经网络的机制来大规模分类新冠患者的呼吸模式。此外，机器人设备还可用于分析血液和其他样本，加速相关药物的研发和生产。AlphaFold深度学习系统被用于新冠疫苗的制备。在社区场景中，非接触式社区机器人可让市民进行自我诊断，并在必要时启动远程诊断。

下面是新冠疫情测试和检查阶段机器人应用的流程图：

graph LR
    A[样本采集] --> B[自动化或机器人辅助拭子采集]
    A --> C[机器人静脉穿刺]
    B --> D[样本处理与检测]
    C --> D
    E[远程检查] --> F[远程机器人超声系统]
    F --> G[5G网络集成检查]
    H[人工智能辅助诊断] --> I[数据多分析]
    H --> J[呼吸模式分类]
    K[药物研发] --> L[样本分析]
    K --> M[AlphaFold助力疫苗制备]
    N[社区诊断] --> O[非接触式社区机器人]

2.3 医疗保健和远程医疗

• 远程分诊与信息收集 ：在新加坡和美国，聊天机器人被用于远程分诊和收集患者信息。美国超过50个医疗系统依靠远程医疗为患者提供护理和随访服务。英国国家医疗服务体系（NHS）在特定健康领域转向在线咨询，有时患者家中会有机器人辅助，以减少前往医疗机构的次数，腾出医院床位。巴西的“Coronavirus SUS”应用程序集成了预防、分诊和信息功能，可识别可能的感染病例，将其转诊至最近的急诊科，并提供基于证据的见解和适当的健康建议。澳大利亚的医护人员也通过远程医疗提供服务。
• 远程医疗系统设计 ：设计了一个医疗保健信息系统，有可能将医学专家与其他应用程序（如远程医疗、智能手机和可穿戴传感器）连接起来，并配备智能机器人进行实验室测试、读取结果以及在家中提供远程支持，如测量血压、分发药片和释放消毒气体。
• 远程呈现与服务提供 ：巴西一家医院采用了带有虚拟平台的机器人，实现护士与患者的视觉互动。类似的远程操作机器人框架，如ABBYuMi和全人形机器人，被用于隔离病房，提供从听诊、日常咨询到紫外线消毒等医疗服务。
• 具有特定功能的机器人 ：在人机交互的概念系统中，Pepper机器人配备传感器、执行器，并集成云计算服务，能够进行人体识别、视觉识别和基于音频的对话，这些功能在远程医疗中非常有用，且可通过5G网络进一步完善。移动机器人平台Lio经过调整，可执行与新冠相关的功能，如测量体温和消毒。2017年，远程机器人智能护理助理在隔离区提供远程护理服务，在重大健康灾难中具有应用潜力。

以下是新冠疫情医疗保健和远程医疗阶段机器人应用的表格总结：
|应用场景|机器人类型|功能|
| ---- | ---- | ---- |
|远程分诊与信息收集|聊天机器人|远程分诊，收集患者信息|
|远程医疗系统设计|智能机器人|连接医疗专家与其他应用，进行实验室测试、读取结果、提供远程支持|
|远程呈现与服务提供|带虚拟平台机器人、远程操作机器人|实现视觉互动，提供听诊、咨询、消毒等医疗服务|
|特定功能机器人|Pepper机器人、Lio机器人、远程机器人智能护理助理|人体识别、对话、体温测量、消毒、远程护理|

3. 传染病灾难中机器人应用的总结与展望

3.1 应用总结

从埃博拉疫情到新冠疫情，机器人在传染病灾难中的应用不断拓展和深化。在埃博拉疫情期间，机器人主要用于消毒、远程会诊、患者运输等基本任务，同时也促使人们开始关注机器人在部署环境中的适应性以及文化胜任性等问题。而在新冠疫情中，机器人的应用更加广泛和多样化，涵盖了预防、测试和检查、医疗保健和远程医疗等多个领域。在预防方面，机器人可进行消毒清洁、生产防护用品、监测体温和提供物流配送服务；在测试和检查方面，可实现样本采集、远程检查和人工智能辅助诊断；在医疗保健和远程医疗方面，能进行远程分诊、信息收集、提供远程医疗服务和特定护理功能。

3.2 面临的挑战

尽管机器人在传染病灾难中发挥了重要作用，但仍面临一些挑战。技术方面，部分机器人的功能还不够完善，如UVC光消毒技术在复杂环境中的效果有限，需要更先进智能的机器人；机器人的灵巧性和适应性有待提高，难以完全替代医护人员进行一些复杂的操作。社会和文化方面，机器人的文化胜任性问题需要进一步解决，以确保其在不同文化背景下能够被接受和有效使用；人们对机器人的接受度和信任度也存在差异，部分人可能对机器人参与医疗过程存在担忧。

3.3 未来展望

未来，随着技术的不断进步，机器人在传染病灾难中的应用有望得到进一步提升。人工智能、机器学习和大数据等技术将使机器人更加智能和高效，能够更好地应对复杂的任务和环境。例如，机器人可能具备更强的自主决策能力，能够根据实时情况调整操作策略。同时，机器人的文化胜任性将得到更多关注和改善，以满足不同地区和文化的需求。此外，机器人与人类的协作将更加紧密，形成互补优势，共同应对传染病灾难带来的挑战。

总之，传染病灾难中的机器人应用是一个具有巨大潜力的领域，通过不断的研发和改进，机器人将在保障人类健康和安全方面发挥越来越重要的作用。