31、应对大流行的新兴技术及其影响

应对大流行的新兴技术及其影响

1. 引言

直至目前，世界上大流行疾病的发生十分罕见，各国政府尚未采取足够行动来充分应对此类危机。新冠疫情或许是世界关注人类健康的一个重要契机。大流行指的是在多个国家和大洲蔓延的流行病，不同政府会运用各种智慧和专业知识来制定应对策略，如提供充足医疗服务、实施封锁措施、进行隔离、应对经济下滑以及开展公共监控等。

此前，2009 年的 H1N1 大流行与 2020 年间隔了整整十年，2014 - 2016 年还出现了西非埃博拉病毒疫情。因此，我们需要加快制定应对全球医疗紧急情况的有效策略。一个标准、通用的大流行管理框架，涵盖从轻微到复杂各种情况的应对指导，将大大缩短大流行的周期，涉及医疗物资分配、公民安全、远程监控、经济困境、学生教育、旅行者保护和隔离等多个方面。新兴技术在构建强大应对系统中可发挥重要作用，使生活尽可能恢复正常。

以下是可在大流行期间使用的新兴技术分类：
| 技术领域 | 具体技术 |
| — | — |
| 监控技术 | 位置数据、健康跟踪移动应用、机器人诊断系统、机器人巡逻系统 |
| 医疗技术 | 3D 打印物资、自动化高级隔离舱、自动驾驶车辆、协作机器人治疗 |
| 经济技术 | XR（增强现实或虚拟现实）3D 远程工作、关键员工消毒系统 |
| 封锁管理技术 | 无人机货物配送、基于人工智能的娱乐流媒体方法、清洁自动化 |
| 教育技术 | 交互式混合现实教室、用于分析学生心理健康的人工智能 |

2. 监控技术

2.1 位置数据

在大流行期间，检测人们的位置非常有用，可帮助追踪聚集情况、确定病毒高发地区、识别交通状况、监测不必要的公共活动以及评估社交距离的有效性。获取位置数据的方法有多种：
- 使用几乎所有智能设备都具备的全球定位系统（GPS）。
- 通过移动网络塔大致推断设备位置。
- 利用 Wi - Fi 网络数据库，其中包含无线路由器的唯一标识符及其已知位置。
- 使用物联网设备，如蓝牙信标，结合移动应用发送基于接近度的位置信息。

然而，此类系统必须确保强大的安全性和人权保护。保护公民敏感信息的责任链始于有权访问位置数据的机构，包括移动网络运营商、移动操作系统提供商（如 iOS、Android 等）以及位置分析提供商。快速收集结构化的位置信息将极大简化大流行的规划、研究和应对工作。

2.2 健康跟踪移动应用

现有的健身应用主要用于维持健康生活方式、制定和跟踪饮食计划以及记录药物摄入等。但在大流行期间，我们需要一个全面的身体和心理健康跟踪系统，如同个性化的私人医生。这样的应用可包含以下技术：
- 先进的身体质量指数计算器。
- 采用示波法手指按压的血压测量方法，通过按压手指在手机摄像头上来感知血流并测量血压等因素。
- 区块链技术，防止用户医疗数据的安全漏洞和威胁。
- 深度学习方法，根据电子健康记录为患者提供最佳治疗方案。
- 人工智能，为个人提供虚拟医疗协助。

2.3 机器人诊断系统

大流行期间，防止疾病传播至关重要。在人类接触的各个环节都可利用技术，医生和其他医疗人员在诊断患者时易受感染，且患者数量众多时，医生可能无法随时提供服务，机器人系统是解决这一问题的可行方案。

有研究提出了一种用于远程监测患有致命地方性疾病患者的远程诊断系统，该系统采用 3 自由度的机器人手臂，通过传感器和电机在与患者零接触或最小接触的情况下监测生命体征。从机械和电气角度看，手臂使用伺服电机实现机械运动，传感器用于与患者交互和监测健康状况，还配备了图形用户界面以有效显示患者体温。这种技术可在诊断过程中保护医生安全，同时让医生对诊断过程保持最大控制。

2.4 机器人巡逻系统

封锁期间，警察是易受感染的关键工作人员之一。机器人可减少人与人之间的接触，提高监控和巡逻效率，还能快速收集准确数据，如大规模聚集情况和封锁违规者信息。大流行期间的巡逻形式包括：
- 道路巡逻，限制不必要的人员流动。
- 医院、诊所和药店周边的监控。
- 城市边界的特殊限制巡逻。
- 公园、剧院、商场等公共场所的巡逻。
- 监测和驱散人群。

市场上已有一些视频监控机器人，例如 SMP Robotics 开发的 S5.2 安全机器人，具备低光移动、避障、360°全景视频监控、路径偏差纠正、智能协作巡逻和有声警告系统等功能；Knightscope K - 5 在美国佩昌加度假村和赌场用于增强安全防护，具有威慑违规者、车辆牌照识别、双向对讲机、远程监控和广播自定义消息等能力。使用机器人巡逻可减少人类身体接触，推动大流行的结束。

以下是监控技术的流程 mermaid 图：

graph LR
    A[位置数据获取] --> B[健康跟踪应用监测]
    B --> C[机器人诊断系统诊断]
    C --> D[机器人巡逻系统巡逻]

3. 医疗技术

3.1 3D 打印物资

大流行期间，医疗和制药行业可能无法及时提供足够的物资。引入 3D 打印技术，可通过编程使其 24×7 运行，满足医疗设备和抗生素的大量需求。3D 打印在医疗领域越来越受欢迎，例如：
- 美国杜克大学的团队在 2020 年新冠疫情期间，设计了一种可 3D 打印的手术头盔改装件，作为个人防护装备（PPE）的替代品，解决了动力空气净化呼吸器（PAPR）短缺的问题，保护了医生安全。
- 美国内布拉斯加大学医学中心设计了一种防护面罩，结合 3D 打印和常见产品组装而成，可进行消毒和重复使用，尤其保护了麻醉师等高危人员。

3D 打印的关键优势在于降低生产成本和时间，使工程师能够快速开发和测试多种配置的原型，并选择最合适的方案。

3.2 自动化高级隔离舱

城市基础设施可能无法满足大流行期间的医疗需求，患者数量和所需临床空间难以预测。临时搭建的隔离舱是一种灵活的解决方案，例如印度一家初创公司开发的“MediCab”，于 2020 年在喀拉拉邦瓦亚纳德区推出，用于治疗偏远地区的新冠患者。该结构可折叠，有 4 个区域，便于专业医疗人员进行隔离治疗。

这种创新可通过以下自动化医疗协助功能得到进一步提升：
- 智能监控系统。
- 协作机器人，使医生无需与患者直接接触即可进行治疗。
- 隔离舱的自主移动性。

这些技术不仅有助于控制大流行，还将推动当代医疗基础设施的变革。

3.3 自动驾驶车辆

尽管实施了封锁措施，但人员和物资的运输仍无法完全停止，如患者、医生、医疗设备运输、政府官员和关键员工等。目前大多数车辆需要人类驾驶，自动驾驶车辆可减少人类流动，降低感染风险。虽然自动驾驶技术越来越受欢迎，但患者是否愿意乘坐自动驾驶救护车仍不确定。不过，自动驾驶车辆可用于货物运输，特别是无菌医疗用品的运输，这将减少医疗领域所需的关键工作人员数量，降低感染风险。

3.4 协作机器人治疗

由人类协助的机器人是利用人工智能治疗患者的最佳方式，既能保护医生和专家的安全，又能发挥其专业知识。协作机器人技术在医疗行业正逐渐流行，它不会取代人类，而是增强人类执行任务的能力，保留人类的技能和直觉。协作机器人在医疗领域的应用包括：
- AOT 的 CARLO®系统使用触觉机器人进行激光骨消融手术，采用冷激光技术无接触切割骨骼。
- Synaptive Medical 开发的神经外科协作机器人，可帮助外科医生精确调整手术视野，具有 3D 高级可视化、语音控制和抬头操作等功能。

此外，协作机器人还可用于无菌医疗用品和工具包装、实验室医疗测试自动化、自动按摩工具以及尸检和法医部门等。

以下是医疗技术的流程 mermaid 图：

graph LR
    A[3D 打印物资] --> B[自动化高级隔离舱]
    B --> C[自动驾驶车辆运输]
    C --> D[协作机器人治疗]

4. 经济技术

4.1 XR（增强现实或虚拟现实）3D 远程工作

大流行期间，社会中员工群体受到的影响绝不能被忽视，因为这种影响会以不可预见的方式波及经济的其他领域。例如，如果员工无法正常工作，可能会引发一系列连锁反应，影响企业的生产和运营，进而对整个经济造成冲击。

XR（增强现实或虚拟现实）技术为远程工作提供了全新的解决方案。通过 3D 远程工作模式，员工可以在虚拟环境中进行协作和交流，仿佛身处同一个办公室。这种工作方式不仅可以减少人员聚集，降低感染风险，还能提高工作效率和灵活性。

以下是 XR 3D 远程工作的一些优势：
- 沉浸式体验 ：员工可以身临其境地参与会议、培训和项目讨论，增强沟通效果。
- 实时协作 ：团队成员可以在虚拟空间中实时共享数据、文件和想法，提高工作协同性。
- 资源共享 ：企业可以通过虚拟平台共享设备、工具和资源，降低成本。
- 个性化设置 ：员工可以根据自己的需求和偏好设置虚拟工作环境，提高工作舒适度。

4.2 关键员工消毒系统

为了确保关键员工的安全和健康，企业需要建立有效的消毒系统。关键员工消毒系统可以在员工进入工作场所前对其进行全面消毒，减少病毒传播的风险。

常见的关键员工消毒系统包括：
- 紫外线消毒 ：利用紫外线的杀菌作用对员工进行消毒。
- 喷雾消毒 ：使用消毒剂对员工进行喷雾消毒。
- 自动感应消毒门 ：员工通过自动感应消毒门时，系统会自动对其进行消毒。

建立关键员工消毒系统的步骤如下：
1. 评估需求 ：根据企业的规模、员工数量和工作环境，评估消毒系统的需求。
2. 选择设备 ：根据评估结果，选择适合的消毒设备和消毒剂。
3. 安装调试 ：按照设备说明书的要求，安装和调试消毒系统。
4. 培训员工 ：对员工进行消毒系统的使用培训，确保他们能够正确操作。
5. 定期维护 ：定期对消毒系统进行维护和检查，确保其正常运行。

5. 封锁管理技术

5.1 无人机货物配送

在封锁期间，人员和车辆的流动受到限制，货物配送成为了一个难题。无人机货物配送可以在不接触人员的情况下，快速、安全地将货物送达目的地。

无人机货物配送的流程如下：
1. 订单接收 ：企业接收客户的订单信息，包括货物种类、数量和配送地址。
2. 货物装载 ：将货物装载到无人机上，并进行固定和保护。
3. 航线规划 ：根据配送地址和无人机的飞行性能，规划最佳航线。
4. 飞行配送 ：无人机按照规划的航线飞行，将货物送达目的地。
5. 货物交付 ：无人机到达目的地后，将货物交付给客户或指定的接收人。

无人机货物配送的优势包括：
- 快速高效 ：无人机可以避开交通拥堵，快速送达货物。
- 安全可靠 ：无人机可以在不接触人员的情况下进行配送，降低感染风险。
- 灵活性高 ：无人机可以根据需要调整飞行路线和配送时间。

5.2 基于人工智能的娱乐流媒体方法

封锁期间，人们的娱乐活动受到限制，基于人工智能的娱乐流媒体方法可以为人们提供丰富的娱乐内容。通过人工智能技术，流媒体平台可以根据用户的兴趣和偏好，推荐个性化的娱乐内容，提高用户的观看体验。

基于人工智能的娱乐流媒体方法的实现步骤如下：
1. 数据收集 ：收集用户的观看历史、搜索记录和评价信息等数据。
2. 数据分析 ：使用人工智能算法对收集到的数据进行分析，了解用户的兴趣和偏好。
3. 内容推荐 ：根据用户的兴趣和偏好，为用户推荐个性化的娱乐内容。
4. 实时调整 ：根据用户的反馈和行为，实时调整推荐内容，提高推荐的准确性。

5.3 清洁自动化

在封锁期间，公共场所的清洁和消毒工作变得尤为重要。清洁自动化可以减少人工操作，提高清洁效率和质量。

常见的清洁自动化设备包括：
- 自动扫地机器人 ：可以自动清扫地面，减少人工清扫的工作量。
- 自动擦窗机器人 ：可以自动擦拭窗户，提高清洁效果。
- 自动消毒机器人 ：可以自动对公共场所进行消毒，降低病毒传播的风险。

以下是清洁自动化的实施步骤：
1. 规划布局 ：根据公共场所的布局和清洁需求，规划清洁自动化设备的使用位置和路线。
2. 设备安装 ：按照设备说明书的要求，安装和调试清洁自动化设备。
3. 程序设置 ：根据清洁需求和设备性能，设置清洁自动化设备的运行程序。
4. 定期维护 ：定期对清洁自动化设备进行维护和检查，确保其正常运行。

6. 教育技术

6.1 交互式混合现实教室

在大流行期间，学校和教育机构纷纷关闭，传统的面对面教学受到了严重影响。交互式混合现实教室可以为学生提供身临其境的学习体验，打破时间和空间的限制。

交互式混合现实教室的特点如下：
- 沉浸式学习 ：学生可以身临其境地参与课程学习，增强学习效果。
- 实时互动 ：学生可以与教师和同学进行实时互动，提高学习的积极性和主动性。
- 个性化教学 ：教师可以根据学生的学习情况和需求，提供个性化的教学服务。
- 资源共享 ：学校可以通过混合现实平台共享教学资源，提高教学质量。

6.2 用于分析学生心理健康的人工智能

大流行期间，学生的心理健康问题受到了广泛关注。用于分析学生心理健康的人工智能可以通过对学生的行为、语言和情绪等数据进行分析，及时发现学生的心理健康问题，并提供相应的干预措施。

用于分析学生心理健康的人工智能的工作流程如下：
1. 数据收集 ：收集学生的行为、语言和情绪等数据，包括课堂表现、作业完成情况、社交互动等。
2. 数据分析 ：使用人工智能算法对收集到的数据进行分析，识别学生的心理健康问题。
3. 风险评估 ：根据分析结果，对学生的心理健康风险进行评估。
4. 干预措施 ：根据风险评估结果，为学生提供相应的干预措施，如心理咨询、心理治疗等。

以下是新兴技术在不同领域的应用总结表格：
| 技术领域 | 具体技术 | 应用场景 | 优势 |
| — | — | — | — |
| 监控技术 | 位置数据 | 追踪聚集、确定病毒高发区等 | 简化大流行规划和应对 |
| | 健康跟踪移动应用 | 全面跟踪身体和心理健康 | 预防健康风险 |
| | 机器人诊断系统 | 远程诊断患者 | 保护医生安全，提高诊断效率 |
| | 机器人巡逻系统 | 封锁期间的巡逻和监控 | 减少人员接触，提高监控效率 |
| 医疗技术 | 3D 打印物资 | 生产医疗设备和抗生素 | 降低成本和时间，快速开发原型 |
| | 自动化高级隔离舱 | 临时医疗基础设施 | 提供灵活医疗服务，推动医疗变革 |
| | 自动驾驶车辆 | 货物运输，特别是医疗用品 | 减少人员流动，降低感染风险 |
| | 协作机器人治疗 | 手术、医疗测试等 | 保护医生，增强医疗能力 |
| 经济技术 | XR 3D 远程工作 | 远程办公 | 提高工作效率和灵活性 |
| | 关键员工消毒系统 | 员工进入工作场所前消毒 | 确保员工安全健康 |
| 封锁管理技术 | 无人机货物配送 | 封锁期间的货物配送 | 快速、安全送达货物 |
| | 基于人工智能的娱乐流媒体方法 | 封锁期间的娱乐服务 | 提供个性化娱乐内容 |
| | 清洁自动化 | 公共场所清洁消毒 | 提高清洁效率和质量 |
| 教育技术 | 交互式混合现实教室 | 远程学习 | 提供沉浸式学习体验 |
| | 用于分析学生心理健康的人工智能 | 学生心理健康监测 | 及时发现和干预心理问题 |

综上所述，新兴技术在应对大流行方面具有巨大的潜力。通过合理应用这些技术，可以有效地控制疫情的传播，保障人们的生命健康和安全，同时减少大流行对经济和社会的影响。在未来，我们应该进一步加强新兴技术的研发和应用，不断完善应对大流行的技术体系。

以下是新兴技术应用的整体流程 mermaid 图：

graph LR
    A[监控技术] --> B[医疗技术]
    B --> C[经济技术]
    C --> D[封锁管理技术]
    D --> E[教育技术]