推介單位：中國人工智能學(xué)會

受訪專家：孫富春

采編：倪妮

孫富春

清華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系教授、博士生導(dǎo)師、IEEE/CAAI/CAA Fellow、國家杰出青年基金獲得者、清華大學(xué)校學(xué)術(shù)委員會委員、計算機科學(xué)與技術(shù)系長聘教授委員會副主任、清華大學(xué)人工智能研究院智能機器人中心主任、中國海洋工程研究院人工智能中心主任、國家重點研發(fā)計劃機器人總體專家組成員、中國人工智能學(xué)會副理事長、中國自動化學(xué)會和中國認(rèn)知科學(xué)學(xué)會常務(wù)理事。

“請拿走身份證件，戴好一次性咬口器等待采集……”完成身份識別流程后，采樣機器人靈活、精準(zhǔn)地將咽拭子送入受試者口中，采樣時長不超過10秒;隨后自動完成核酸樣本收集、封管與貼標(biāo)簽操作，整體采集流程不超過1分鐘。

自新冠肺炎疫情暴發(fā)以來，核酸檢測成為我們?nèi)粘Ｉ钪欣@不開的話題。大家應(yīng)該都做過核酸檢測，但有多少人體驗過機器人全自動、無人化、智能化的核酸檢測呢？目前，核酸采集需求的急劇增加迫使大量醫(yī)務(wù)工作者來到一線進行核酸采集工作。一方面，人工核酸采樣容易產(chǎn)生由于過度疲勞和采集技能差異帶來的采樣過程不規(guī)范、核酸樣本不合格、受試者不舒適等突出問題;另一方面，醫(yī)護人員不僅工作強度高，壓力大，而且還要面臨近距離接觸可能帶來的交叉感染風(fēng)險。

基于上述問題，清華大學(xué)孫富春教授帶領(lǐng)團隊研發(fā)出一款視觸覺融合的全自動、智能化咽拭子采樣機器人，目前已研發(fā)至第三代，即將在多家醫(yī)院“上崗”。

孫富春介紹，團隊研制的第三代智能化咽拭子采樣機器人，在采樣的高效性、受試者的舒適性、樣本的有效性方面達到了更高的標(biāo)準(zhǔn)，并且實現(xiàn)了采集全程的語音與指示燈提示，保障受試者的安全。在進行樣本采集時，受試者只需根據(jù)語音提示，刷身份證、領(lǐng)取一次性專用咬口器安放到指定位置，而后佩戴好咬口器，等待機器人自主完成采集流程即可。采樣機器人采用視觸覺融合感知技術(shù)，結(jié)合嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)限位與力控，保證了有效的采集力度和受試者的舒適度。當(dāng)被采集者發(fā)生輕微挪動時，機器人可快速反應(yīng)，智能跟蹤完成采集。此外，機器人還引入了樣本有效性判定功能，采用深度學(xué)習(xí)和微流控技術(shù)，實現(xiàn)了對采集樣本上皮細胞的準(zhǔn)確計數(shù)，提高采集樣本質(zhì)量。

該智能化咽拭子采樣機器人已在北京市昌平區(qū)醫(yī)院、朝陽醫(yī)院、南通疾控中心、清華大學(xué)長庚醫(yī)院進行了近一萬例的外場測試。目前，機器人已經(jīng)在清華大學(xué)長庚醫(yī)院為醫(yī)院員工的例行核酸采集提供服務(wù)。“該機器人各方面指標(biāo)都符合醫(yī)生的要求，在采集效率和樣本有效性方面都優(yōu)于人工采集?！睂O富春說。

2020年初武漢疫情暴發(fā)，智能化咽拭子采樣機器人的研發(fā)構(gòu)想就在孫富春的腦子里萌芽?！爱?dāng)時，醫(yī)務(wù)工作者會戰(zhàn)武漢，全天時工作，一是非常辛苦，二是容易交叉感染。我開始就想，如何能利用機器人技術(shù)去研制一款全自動的咽拭子采集機器人，減輕廣大義務(wù)工作者的負擔(dān)?！焙芸?，一款半自動化的口咽拭子采樣機器人出爐。這也是孫富春團隊研制的第一代咽拭子采樣機器人，但其研制成本較高，且在安全性和穩(wěn)定性方面仍有不足之處。孫富春團隊便著手對其進行升級，在設(shè)計理念上摒棄了價格高昂且自由度冗余的機械臂產(chǎn)品，采用自主設(shè)計的立體式多軸結(jié)構(gòu)實現(xiàn)樣本采集與移送。2021年，全自動化咽拭子采樣機器人研制成功?！霸摮晒@得了日內(nèi)瓦發(fā)明獎銀獎，也在2021年世界機器人大會上展出，接受了中央電視臺白巖松的專訪。”孫富春說。

值得一提的是，從系統(tǒng)研制到配件選用，這款智能化咽拭子采樣機器人是完全自主研制和國產(chǎn)化的。在研究設(shè)計之初，孫富春團隊就考慮到了國產(chǎn)化的問題?！澳壳?，國內(nèi)的醫(yī)療機器人中大多使用國外的零部件，在非常時刻就容易造成國外廠商的限供。因此，我們在研發(fā)咽拭子機器人的過程中，將最初的部分國外零部件逐步替代成國產(chǎn)高配零部件?！倍渲械陌踩杉汝P(guān)鍵技術(shù)，則來自孫富春團隊多年努力自主研發(fā)的觸覺傳感器及視觸覺融合感知技術(shù)，保證了咽拭子采集的安全性和樣本的有效性。

那我們多久才能真正體驗上機器人提供的核酸自動采集服務(wù)呢？孫富春表示，他們正在申請醫(yī)療資質(zhì)，同時希望盡快能為全社會服務(wù)，最大限度節(jié)約醫(yī)療資源。此外，團隊正在完善智能化和無人化的第三代咽拭子采樣機器人，同時也在研制更新一代的咽拭子機器人——將樣本采集與快速核酸檢測相結(jié)合，集成智能化管理系統(tǒng)，升級為“采檢管”一體智能化的機器人系統(tǒng)?！跋Ｍ鼙M快把這項成果投入市場，讓機器人服務(wù)社會，減少醫(yī)務(wù)工作者的負擔(dān)和交叉感染的風(fēng)險?！?/p>

未來，在機場、港口、通關(guān)口岸等地，甚至家附近的核酸檢測點，也許我們就能看到智能化咽拭子采樣機器人，為廣大公眾做核酸檢測。

智能化咽拭子采樣機器人的快速研制也體現(xiàn)著我國人工智能技術(shù)走在世界前列。如今，世界主要國家都將人工智能技術(shù)提升為國家戰(zhàn)略，制定國家的人工智能發(fā)展規(guī)劃，促進人工智能技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展。孫富春認(rèn)為，從論文、專利、產(chǎn)業(yè)規(guī)模，以及全球計算機科學(xué)學(xué)科評估排名來看，我國人工智能發(fā)展在國際上處于第一梯隊。

“人工智能的發(fā)展已經(jīng)進入深水區(qū)，主要推動作用包括腦科學(xué)和數(shù)學(xué)，從單模態(tài)學(xué)習(xí)向多模態(tài)學(xué)習(xí)，從單體智能向群體智能，從算法智能向非算法智能，從感知智能向認(rèn)知智能和行為智能發(fā)展，另外特別強調(diào)對產(chǎn)業(yè)的帶動作用。我們需要在理論前沿不斷開拓，力爭做出更多原創(chuàng)性研究成果，形成屬于我國的技術(shù)高峰。同時注重理論方法在產(chǎn)業(yè)和國家安全方面應(yīng)用，進一步提升我國的科技實力。我相信，人工智能技術(shù)一定會帶動我們國家的產(chǎn)業(yè)和社會經(jīng)濟發(fā)展，特別是為人民群眾的生命健康作出貢獻?！?/p>