科学家联合解析抗疫机器人挑战和机遇

机器人

来源：上海交大 2021-04-04 07:57

医疗机器人研究院杨广中院士领衔来自中国、美国、英国、瑞士、荷兰、德国共15位世界机器人专家在机器人顶级期刊《Science Robotics》上发表抗疫机器人重要综述论文“Progress in robotics for combating infectious diseases”。文章综观全球新冠疫情局势，结合21世纪以来的世界重大传染病情，就核心技术创新

医疗机器人研究院杨广中院士领衔来自中国、美国、英国、瑞士、荷兰、德国共15位世界机器人专家在机器人顶级期刊《Science Robotics》上发表抗疫机器人重要综述论文“Progress in robotics for combating infectious diseases”。文章综观全球新冠疫情局势，结合21世纪以来的世界重大传染病情，就核心技术创新，如何对症下药、运筹帷幄；以人为本、完善交互；直面伦理、深思熟虑；八方合力，举世齐心，使机器人技术为下一次疾病爆发做好准备作出了深入探讨。

2020年初的新冠肺炎疫情让全球人民措手不及，目前来看，全世界的复苏之路艰辛且漫长。这篇综述总结了针对传染病管理的机器人技术基本要求，概述了如何在不同场景下使用机器人，包括疾病预防与监测、临床护理、实验室自动化、物流以及公共社会经济维护。文中提出，开发新型机器人会面临特殊挑战，新一代机器人应面向应用、可靠、安全并且在需要时可快速部署。文章最后着眼于机器人的伦理用途，并呼吁全世界不断努力，让机器人为未来的突发事件严阵以待。

临床需求

生物安全性、无害性、适应性、持久性、包容性是抗疫机器人应具备的五大特征。图1展示了针对传染病的机器人和自动化技术，当疫情到来，从患者管理、公共需求、实验室工作流程与测试三大环节的临床需求可一览机器人如何在抗疫中发挥作用。

患者管理

当出现一位感染者，在其受治疗的每个阶段，机器人可以在整个过程中满足不同的临床需求，帮助体检、诊断、治疗和康复。

疫情爆发初期，首要任务是追踪传染源，理解传染原及其宿主、传染媒介和环境的相互作用，确定主要传播途径和机制，然后部署有效的缓解、隔离和治疗措施。例如，新冠病毒会通过鼻子或口腔中的飞沫传播，并在表面保持活跃长达72小时。

当有人出现感染症状时，他（她）需要自我（强制）隔离。在此阶段，自主机器人可以将食物和必要的医疗用品交给个人，以最大程度地减少人与人之间的接触，而远程诊疗机器人可以进行远程诊断和采样，包括机器人辅助的鼻咽和口咽拭子采样、血样采集，根据病情反应测量患者的生命体征等。

如果检测结果呈阳性，患者需被隔离检疫或送至医院治疗。使用远程诊疗机器人进行隔离患者的诊断、治疗和日常辅助活动就有明显优势，可以最大程度地减少前线医护人员感染的风险。在医院中，机器人还可以用于临床护理辅助、静脉注射辅助、实验室自动化样品处理、生物样品、病房消毒以及临床废物管理，以应对患者人数激增的情况。

在经过治疗出院后，患者仍需要在家中休养一段时间，才能恢复正常活动。机器人在家中可以继续支持大量的远程医疗以及食品和药品传输工作。在长期的隔离中，精神压力是一个主要问题，在新冠疫情期间，世界诸多地区的人民都遇到了类似问题。社交机器人可以帮助维持社交互动和心理健康，对于高风险级别的患者，他们需长期隔离，社交机器人显得尤为重要。

公共需求

一旦发生疫情，在准备充分的情况下，机器人如何抗疫：

首先，医院的高风险区域应该常态化使用机器人，预防院内感染，配发餐食和处方，提供远程医疗服务。

随着人与人之间的传染，疫情范围扩大，快速部署机器人可立即加强临床治疗能力，避免患者直接接触，并实现公共卫生专家和传染病专家联合提供远程支持。在此阶段，机器人的主要任务是保护医护人员和弱势群体，助力快速测试。

当疫情全方位爆发，公共卫生和安全机构可以部署机器人对大型公共场所进行检疫和消毒。由于一定数量的人口被隔离，用于物流、食品和基本医疗用品运输、远程医疗的机器人必不可少。封城会给当地和全球的经济、教育、社会生活和人民健康带来巨大压力。在此阶段，除了需要保护医护人员和弱势群体之外，医疗机器人还可以缓解因医疗支持需求激增而产生的压力，帮助维持工作、教育和日常生活的连续性。工业机器人在维持经济产出方面也发挥着重要作用。

即使在大规模解封之后，人口重新流动，出入限制放宽，当地政策和自我克制在一定程度上仍会存在。危机后阶段的主要任务是防止感染新增，保持公众信心，维持经济复苏。

实验室工作流程与测试

实验室检测和诊断对于传染病管理至关重要。机器人在实验室测试中的潜在应用如图2所示，根据生物安全等级，所有涉及到的工作人员都应接受培训并配备防护设备。机器人技术不仅可以提供人身保护，而且还可以最大程度地提高效率，从而在大量送入患者和临床工作量激增时迅速扩大处理规模。

样本采集：对于新冠病毒的筛查，可以从患者的上呼吸道采集鼻咽和口咽拭子或洗液，和/或从下呼吸道采集痰液，如患者患有严重的呼吸系统疾病，为避免烟雾化风险，可在患者气管内抽吸或采用气管肺泡灌洗法收集样本。样本采集必须严格遵循感染预防与控制协议。同时还会使用其他临床样本，如血液和粪便，尸检材料（包括死者的肺组织或血清检测）等。

样本运输：通常2-8°C是存储和运送样本的适宜温度。考虑到运输的延迟，病毒运送培养液的温度要求为-20°C，理想温度为-70°C。在运输过程中，密封的存储袋存储在泡沫塑料盒中。运输过程应严格遵守当地法规。未来样本的运输将考虑传感和自动化，包括连续温度控制、环境监测与跟踪，自动导航车或无人机。

实验室测试：实验室对新冠病毒的确诊是基于通过NAAT（例如RT-PCR）检测SARS-CoV2 RNA序列的结果，并通过核酸测序进行确认。目前微生物实验室中最小规模用户干预已经采用了实验室自动化。当实验室的测试量非常大时，自动化至关重要。(生物谷Bioon.com）

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