《電子技術(shù)應(yīng)用》
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抗疫機器人系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

2021-07-01
來源:貿(mào)澤電子

  機器人是人工智能和大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的結(jié)晶,此次疫情也充分體現(xiàn)了機器人對人類在醫(yī)療以及相關(guān)領(lǐng)域不可估量的幫助。疫情期間,從醫(yī)生問診到臨床檢測,消毒,再到治療后的護理,面對突然爆發(fā)的疫情和日益激增的病人,單憑人力是很難應(yīng)對的。于是,機器人大展身手。

  例如:對話機器人,通過語音識別、自然語義理解等人工智能技術(shù),機器人可以針對疫情問題、就醫(yī)注意、防護措施進行回答。對于正常用戶、輕癥用戶來說,人工智能可以起到一定的答疑作用,避免醫(yī)療資源緊缺以及交叉感染的風(fēng)險。甚至推出了專門的機器人進行對市民的電話語音溝通,可進行外來人口排查、健康監(jiān)測和防護建議,并針對重點人群的疫情信息進行記錄和定期跟蹤,同時可為疫情防控一線人員推送疫情防控知識和培訓(xùn)信息。因為5G的發(fā)展,機器人可以實現(xiàn)實時的大數(shù)據(jù)處理,如5G云端醫(yī)護助理機器人、5G云端消毒清潔機器人、5G云端送藥服務(wù)機器人和5G測溫巡查機器人,可承擔(dān)遠程看護、測量體溫、消毒、清潔和送藥等工作。機器人算得上全面發(fā)展,是人類的得力助手。本篇文章將在以下幾個方面講解疫情機器人的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展方向,并在文章結(jié)尾展示現(xiàn)在機器人發(fā)展的不足及挑戰(zhàn)。

  抗擊疫情機器人的發(fā)展現(xiàn)狀

  我國的機器人行業(yè)還處于發(fā)展的初期階段,但是疫情對此科技發(fā)展進行大幅度催化及推動,各個領(lǐng)域都感受到了機器人帶來的便捷以及高效。

  目前在醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)投入應(yīng)用的機器人有:

  1、醫(yī)療輔助機器人:應(yīng)用于重癥監(jiān)護領(lǐng)域,輔助醫(yī)生完成送藥、巡查、消毒的工作,以減輕交叉感染。

  2、警用機器人:在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮協(xié)助作用,加以5G技術(shù),實時監(jiān)控醫(yī)院、機場、車站、社區(qū)等重點防護地區(qū),警用機器人目前可以輔助測量體溫,并且識別口罩下的人臉。被檢測人員無需排隊聚集,同樣有效避免了人員接觸及交叉感染。

  3、工業(yè)機器人:可以用于口罩的生產(chǎn)。眾所周知,疫情爆發(fā)的階段處于春節(jié),大量生產(chǎn)線處于停產(chǎn)狀態(tài),機器人組成的口罩生產(chǎn)線再次發(fā)揮巨大作用。

  4、服務(wù)機器人:用于清掃和消毒,物流機器人用于免接觸配送等等。疫情防控期間采用“無接觸配送” 的訂單占整體的80%以上;“無接觸模式”也成為疫情期間甚至疫情后期民眾的主要生活模式。新冠疫情的爆發(fā)使得傳統(tǒng)經(jīng)濟遭受了重大打擊,而無接觸的線上經(jīng)濟,微商,電商,直播帶貨則迅速發(fā)展。也算是某種程度上促進了經(jīng)濟的發(fā)展。

  抗擊疫情機器人的發(fā)展趨勢

  機器人總體來說還處于初期階段,可以應(yīng)用于生產(chǎn)實踐,但是并不意味著技術(shù)成熟,其發(fā)展可以說還在路上。例如:環(huán)境感知技術(shù),運動控制技術(shù)就是要發(fā)展的兩個重要方面,它與機器人的獨立自主性的提高息息相關(guān)。

  1、環(huán)境感知技術(shù)

  機器人一旦失去感知能力,將無法完成具體的工作和任務(wù)。機器人的感知功能通常需要各類傳感器來實現(xiàn)。機器人能夠借助傳感器及時感知自身和外部環(huán)境的參數(shù)變化,為控制和決策系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)參考。

  2、運動控制

  涉及到機器人為完成各種任務(wù)和動作,在技術(shù)層面所執(zhí)行的各種控制手段,主要包括位置控制、速度控制、加速度控制等幾種控制類型。對于防疫機器人來講,定位導(dǎo)航和運動協(xié)調(diào)控制是兩項運動控制方面最重要的任務(wù)。人機交互是指借助計算機外接硬件設(shè)備,以有效的方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術(shù)。

  在人機交互中,人通過輸入設(shè)備給機器輸入相關(guān)信號,包括語音、文本、圖像、觸控等的一種或多種模式,機器通過輸出或顯示設(shè)備給人提供反饋信號。在防疫機器人中,人機交互技術(shù)主要應(yīng)用于智能對話、移動跟隨、人員引導(dǎo)、身份識別、咨詢問診等場景中。

  機器人如何在防疫工作中發(fā)揮作用

  新冠疫情再次凸顯了技術(shù)在應(yīng)對傳染病中的核心作用。尤其是新型機器人技術(shù)包括臨床護理,公共安全,實驗室與供應(yīng)鏈自動化,院外護理,生活質(zhì)量、工作和教育的連續(xù)性。下面分塊介紹機器人在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。

  臨床護理

  在新冠肺炎疫情期間,由于湖北各地疫情呈爆發(fā)式發(fā)展,當(dāng)?shù)蒯t(yī)療資源出現(xiàn)明顯短缺。醫(yī)護人員承受著巨大的工作壓力和心理壓力。種種因素影響下,醫(yī)護人員的工作效率也受到影響。在此情況下我們要考慮到的一個重要問題就是,抗疫第一線能否通過使用智能機器人減輕醫(yī)護人員的負擔(dān)。

  疫情期間最重要的防疫措施之一就是要對人群進行體溫檢測。AI智能測溫能夠在獨立的情況下,或人工輕微的配合下,完成3-5人/批次的面部溫度快速檢測。對體溫超出一定闕值的人員,系統(tǒng)將以秒級發(fā)出警報,并提供人臉圖像信息,幫助工作人員采取及時有效的措施。AI智能測溫的關(guān)鍵在于紅外測溫,紅外測溫快速直觀,能夠?qū)崿F(xiàn)24小時非接觸式測溫。

  在治療過程中,醫(yī)護人員協(xié)助機器人進行檢查、給病人提供藥物,無需進入隔離病房,能夠更好地減少被傳染的風(fēng)險。醫(yī)療防疫機器人可從源頭切斷傳染源與醫(yī)護人員接觸,避免交叉感染。

  公共安全

  機器人在準(zhǔn)備充分的條件下,抗疫行動會快速高效:首先,醫(yī)院的高風(fēng)險區(qū)域應(yīng)該長時間使用機器人,預(yù)防院內(nèi)感染,機器人在此處可以提供配發(fā)餐食和處方,提供遠程醫(yī)療服務(wù)。

  隨著人與人之間的傳染,疫情范圍擴大,快速部署機器人可立即加強臨床治療能力,避免患者直接接觸,在此階段,機器人的主要任務(wù)是保護醫(yī)護人員和弱勢群體,助力快速測試,實現(xiàn)機器人與醫(yī)療人員遠程配合。

  當(dāng)疫情全方位爆發(fā),公共衛(wèi)生和安全機構(gòu)可以部署機器人對大型公共場所進行檢疫和消毒。由于一定數(shù)量的人口被隔離,用于食品運輸和基本醫(yī)療用品運輸、遠程醫(yī)療問診的機器人必不可少。封城會給當(dāng)?shù)睾腿虻慕?jīng)濟、教育、社會生活和人民健康帶來巨大壓力。在此階段,除了需要保護醫(yī)護人員和弱勢群體之外,醫(yī)療機器人還可以緩解因醫(yī)療需求激增而產(chǎn)生的壓力,幫助維持工作、教育和日常生活的連續(xù)性。

  公共消毒

  在公共區(qū)域消毒是疫情期間的重中之重,一些智能洗地、消毒的機器人也加入了防疫大軍,在機場、火車站等地區(qū),通過自動駕駛完成消毒清潔作業(yè),避免人群密集場所的聚集和接觸。消毒工作對于人們而言具有高風(fēng)險,這時,消毒機器人可作為一線工作者,沖鋒在前,替代人工完成這項艱巨的任務(wù)。消毒機器人可以輕易進入病毒重度污染的區(qū)域,對地面和空氣進行消毒,使用消毒機器人還能間接降低防護服及其配套防護品的消耗量,降低采購難度及復(fù)雜性。

  實驗室與供應(yīng)鏈自動化

  疫情確實在很大程度上推進了科技發(fā)展,并且許多崗位可能面臨永久性的被機器人替代的趨勢。例如,口罩的生產(chǎn),有了機器人參與供應(yīng)鏈,通過自動執(zhí)行并優(yōu)化運輸管理,可使準(zhǔn)時交貨率顯著提高。生產(chǎn)線同時需要了解上游下游的生產(chǎn)模式以及運作流程,機器人可以實現(xiàn)自動的各生產(chǎn)線的相互協(xié)調(diào)。通過一系列先進算法進行了建模,例如,疫情患者人數(shù),醫(yī)生人數(shù),以及中國總體對口罩的需求量。并且,智能機器人可以預(yù)測生產(chǎn)的頻率,使得生產(chǎn)不但高效,并且不浪費,有滿足市場需求。

  院外護理,生活質(zhì)量、工作和教育的連續(xù)性

  配送機器人應(yīng)用于多個細分場景。專注于某個場景的優(yōu)勢是能夠較快地落地產(chǎn)品并構(gòu)建在該場景中的壁壘,劣勢則是行業(yè)天花板較低,可能出現(xiàn)增長瓶頸。配送機器人目前主要應(yīng)用于:

  • 酒店:用于替代服務(wù)生為客房配送物品的機器人。寫字樓:用于配送快遞、外賣、文件等物品的機器人,主要針對一線城市。醫(yī)用配送:用于配送藥品、檢驗樣本、醫(yī)療器械等物品的機器人。餐廳:用以配送餐飲食物的機器人。

  機器人在疫情不同階段的主要作用

  臨床護理

  1)機器人可以幫助采集生物樣本:用于執(zhí)行插管或取拭子的機器人咽拭子機器人。

  呼吸道拭子核酸檢測作為新型冠狀病毒核酸檢測重要的確診標(biāo)準(zhǔn)之一,疫情期間用于給患者以及疑似患者的檢查,民眾的排查,因此需要大規(guī)模的醫(yī)生去完成這項任務(wù)。

  機器人可以更高效地完成這項任務(wù),咽拭子機器人具有以下優(yōu)點:

  采集簡便:咽拭子智能機器防止了醫(yī)護人員與患者的交叉感染以及對檢查結(jié)果的影響,機器人統(tǒng)一了采集的方式,勢必能更加規(guī)范采樣操作,獲得更高質(zhì)量的標(biāo)本,機器人咽拭子采樣也可以達到較高的質(zhì)量且受試者無不良反應(yīng)。

  降低假陰性。由于醫(yī)務(wù)人員在采集咽拭子標(biāo)本時直面患者口腔,擔(dān)心患者飛沫和氣溶膠會傳播擴散病毒,容易在采集咽拭子時操作粗糙、或者取樣時間較短,導(dǎo)致咽拭子假陰性。

  2)遠程診療:現(xiàn)場即時診斷、重癥監(jiān)護病房和外科手術(shù)的遙控機器人。

  疫情期間,機器人可以發(fā)揮重要作用的領(lǐng)域之一是外科手術(shù)。具體來說,在新冠病毒流行期間,醫(yī)療系統(tǒng)的壓力有著顯著的上升,尤其是對手術(shù)設(shè)施的壓力。新冠病毒患者突然且大量地涌入,要求醫(yī)院優(yōu)先考慮給新冠患者使用治療手段、手術(shù)室和重癥監(jiān)護病床,從而導(dǎo)致受影響地區(qū)的醫(yī)院面臨暫停選擇性手術(shù)的情形。另一方面,在新冠病毒流行期間所進行的所有外科手術(shù),若碰到病人疑似或確診新冠病毒的情況,那么應(yīng)當(dāng)被視作是高風(fēng)險的,且操作手術(shù)的團隊需要具備最高程度的保護措施。

  例如:機器人輔助手術(shù),有可能減少嚴(yán)重并且需要接受復(fù)雜腫瘤手術(shù)患者的住院時間,從而為COVID-19患者騰出空間。以腹腔鏡手術(shù)(一種新發(fā)展起來的微創(chuàng)方法)為例,不論是與開放或傳統(tǒng)的腹腔鏡手術(shù)相比,機器人輔助手術(shù)都不僅可以減少對手術(shù)區(qū)域氣體以及環(huán)境的污染,而且還可能減少直接接觸病人的醫(yī)務(wù)人員的數(shù)量。

  院外護理

  對于患者生活質(zhì)量,工作和教育的連續(xù)性方面,公共衛(wèi)生和安全機構(gòu)可以部署機器人對大型公共場所進行檢疫和消毒。由于封城或者人口被隔離,用于物流、食品和基本醫(yī)療用品運輸、遠程醫(yī)療的機器人必不可少。例如,公園里的巡邏機器人,充當(dāng)著巡邏大使,測試人們的安全距離是否達標(biāo)。飲食護理機器人進行患者的院外喂食輔助。封城會給當(dāng)?shù)睾腿虻慕?jīng)濟、教育、社會生活和人民健康帶來巨大壓力。在此階段,除了需要保護醫(yī)護人員和弱勢群體之外,醫(yī)療機器人還可以緩解因醫(yī)療支持需求激增而產(chǎn)生的壓力,幫助維持工作、教育和日常生活的連續(xù)性。

  機器人發(fā)展的不足及挑戰(zhàn)

  醫(yī)療機器人未來技術(shù)發(fā)展趨勢是要找準(zhǔn)核心、加強技術(shù)。我們在本段文章探討一下機器人技術(shù)的挑戰(zhàn)及短板。機器人的技術(shù)成熟度是一個重大挑戰(zhàn),因為如果機器人產(chǎn)生故障,人工成本會隱形的增加,生產(chǎn)線也會受到影響,同時負面的用戶體驗會讓技術(shù)創(chuàng)新舉步維艱。目前人工智能機器人還是存在一些其他薄弱環(huán)節(jié),包括數(shù)據(jù)積累不足、產(chǎn)品魚龍混雜,質(zhì)量參差不齊、獨立性(全自動智能化)尚有較大提升空間,目前,機器人的思維還是處于被動學(xué)習(xí)中,不能像人類一樣有主動思考的能力和情感。并且,想要取得好的機器人服務(wù),與大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)是分不開的,因此,現(xiàn)階段,機器人對復(fù)雜場景的處理還有待提高。新一代機器人需要與終端用戶進行更好的交互也是要大力發(fā)展的一項技術(shù)。更高級的傳感器技術(shù)將使機器人能夠安全地與物體、人和其他機器人互動。達到這一效果也要求機器人具有更高的靈活部署的能力。機器人的更加靈活,精準(zhǔn)是建立在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的,提到了數(shù)據(jù)就難免涉及到隱私,尤其是在疫情期間工作的機器人會涉及患者的身份,病情等各方面的隱私,因此,考慮潛在的倫理和法律問題至關(guān)重要,包括隱私權(quán)、所有權(quán)、數(shù)據(jù)處理等等。

  機器人的發(fā)展和普及是與經(jīng)濟息息相關(guān)的。例如,據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)報道,酒店場景下的初始客戶主要為高檔酒店,假設(shè)全國每一家五星級酒店均配備2臺送餐機器人,按照平均每臺10萬元的價格計算,酒店服務(wù)場景下,防疫機器人的市場空間約為1.7億元。

  總結(jié)

  本篇文章我們介紹了抗擊疫情機器人的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢,機器人如何在防疫工作中發(fā)揮作用,在疫情不同階段的主要作用,以及機器人發(fā)展的不足和挑戰(zhàn)。

  盡管機器人發(fā)展要面臨的挑戰(zhàn)很多,科學(xué)家要走的路還很長,但是不得不承認這是值得投入的工程。我們無法預(yù)測未來是不是還會發(fā)生與此次疫情類似的戰(zhàn)爭,能做到的就是借助科技,設(shè)好防線,以后,人類將從容面對一切挑戰(zhàn)。

  參考:

  • 防疫前線的鋼鐵戰(zhàn)士2020年中國防疫機器人發(fā)展報告疫情期間機器人發(fā)揮了怎樣的作用-電子發(fā)燒友網(wǎng)“智服”疫情AI機器人在行動-新華網(wǎng)【圖集】讓機器人上“前線”:疫情下的機器人能發(fā)揮怎樣的作用?新冠疫情阻擊戰(zhàn)中智能機器人的具體運用,醫(yī)學(xué)工程論文報告精讀| 人工智能藍皮書:中國醫(yī)療人工智能發(fā)展報告(2020)




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