復旦爭分奪秒研發(fā)消毒機器人 成為疫情防控的醫(yī)生助手

疫情防控期間，如何最大程度降低消毒人員被感染的風險，同時實現(xiàn)消毒過程和結(jié)果的精準控制？以機器人代替人工是一個可行的選擇：在機器人上配置消毒設(shè)備，通過機器人自主運動，能夠有效、無死角地殺滅空氣中的致病微生物。

以復旦大學工程與應(yīng)用技術(shù)研究院（以下簡稱“工研院”）副院長甘中學為組長，行政副院長徐曉創(chuàng)、副院長張國旗、復旦大學附屬華山醫(yī)院黨委副書記耿道穎為副組長的攻關(guān)小組成立后，工研院智能工業(yè)機器人及應(yīng)用工程實驗室教授孫云權(quán)和青年研究員齊立哲牽頭成立了機器人裝備實施攻關(guān)小組，三天完成方案和圖紙設(shè)計，不到三周就成功開發(fā)出消毒機器人第一代樣機，并與復旦大學附屬中山醫(yī)院的醫(yī)務(wù)人員一起試實驗應(yīng)用，在樓道等敞開式空間和病房等較狹窄區(qū)域，自主無障礙行走，自動消毒，效果和應(yīng)用前景得到了院方護理部領(lǐng)導的認可，并結(jié)合實際應(yīng)用場景，提出升級版的建議。

“見其所見”：人機遠程融合控制確保安全性

“就像打槍一樣，指哪兒打哪兒?！睂τ谙緳C器人的工作原理，甘中學解釋，在已有移動平臺的基礎(chǔ)上增加視覺系統(tǒng)、消毒設(shè)備及過程控制系統(tǒng)，使機器人隔著幾重墻壁也能“聽”到指令，自主運動到指示位置，實現(xiàn)人機遠程融合控制的自動消毒。

“遠程”能不能再“遠”一些？這個問題曾困擾著攻關(guān)小組的成員。最初，消毒機器人的使用環(huán)境被限定在同一局域網(wǎng)下，就像連接WiFi一樣，控制端不能離開一定范圍，無法實現(xiàn)長距離控制。對此，研究人員采用云服務(wù)器作為中間代理，控制端和移動平臺之間的距離在理論上沒有了限制，只要有4G信號，就可以控制。2月12日，在新金博大廈進行的噴灑測試中，從同樓層到相差十幾樓，在不同位置都能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人的遠程監(jiān)控。

若機器人的遠程控制程序發(fā)生錯誤，但負責消毒的小車仍繼續(xù)運動，無法自動停止，這可怎么辦？在軟件調(diào)試階段，攻關(guān)小組成員就預想到了這一點。他們增加了判斷socket通訊連接機制，如果一方意外斷開，則令小車停止；同時又加入心跳機制，控制端每隔一秒給小車發(fā)送一個“ok”，五秒沒有收到“ok”小車就自動停止，防止意外發(fā)生。

“在實際應(yīng)用中，安全系數(shù)是第一位，是最需要保障的?！备手袑W說。人機融合控制模式就是保證安全性的一柄“利器”，也是攻關(guān)小組研發(fā)的消毒機器人較之其他產(chǎn)品的優(yōu)勢所在。

現(xiàn)有機器人產(chǎn)品大多是基于二維的激光或超聲導航，檢測高度始終如一?！斑@一高度檢測到都是墻，就默認四周都是實墻，若墻體剛好缺一塊，是檢測不到的。”齊立哲解釋，在人機融合控制模式下，機器人自主運動的同時，控制端不僅可以實時看到它所“看”到的，還能監(jiān)控它的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，可以控制或切斷它，甚至及時幫助它、優(yōu)化它。

“實戰(zhàn)演練”：既能達到預期，更要不斷升級

遠程監(jiān)控是否暢通？消毒液噴灑效果是否理想？機器人在病房中能否自主避障？消毒機器人的這些功能均于2月21日在中山醫(yī)院進行了實地測試。
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在候診大廳等敞開式空間中工作，消毒機器人“游刃有余”，但一到病房中，它的自主運動能力就受到不小的挑戰(zhàn)?！安》坷锏那闆r比較復雜，一是病人離開后立馬需要對其病床周圍區(qū)域進行消毒，二是病床間的距離比我們預計的要窄?！饼R立哲說：“這對控制端的操作和機器人的傳感能力都有較高要求?！苯?jīng)過反復測試后，攻關(guān)小組確認，消毒機器人樣機“完全可以達到院方的預期”。

不同構(gòu)造的病房分別需要噴灑多少消毒液？需要紫外線停留多長時間？每個區(qū)域的照射角是多少？可否將這些經(jīng)驗形成一個數(shù)據(jù)庫？將需要消毒的被子放進壓縮袋后，機器人能否定點向袋內(nèi)加充消毒氣體？對樣機表示高度認可的同時，院方還提出了進一步的需求。“對消毒過程的精準控制，已經(jīng)納入二、三代機器人的規(guī)劃中?！备手袑W說。

為盡快投入應(yīng)用，第一代機器人上安裝的是成熟的紫外殺菌產(chǎn)品，而工研院“UVLED紫外滅毒光源組”自主研制的紫外殺菌設(shè)備，將在第二代機器人上亮相。面向更廣泛的應(yīng)用前景，“多自由度移動消殺病毒”的第三代機器人的開發(fā)也在緊張有序地進行中。

“戰(zhàn)斗狀態(tài)”：三天出設(shè)計三周出樣機

三天時間完成詳細方案設(shè)計及非標件加工圖紙設(shè)計，不到三周時間完成從設(shè)計、制造到現(xiàn)場試用的過程，攻關(guān)小組全員保持“戰(zhàn)斗狀態(tài)”，“時刻繃著”。

疫情期間，采購的硬件什么時候發(fā)貨，多長時間能到，研究人員均無法預估和控制，只能多做預案，將不可控因素減至最低。價格不高的噴頭，小組成員買了兩個，型號有些差別?！叭绻嫉搅?，也能夠充分利用上，如果一個到不了，那也不影響工作?！苯Y(jié)果，其中一個廠家就因無法發(fā)貨取消了訂單。

“硬件采購全部到位，軟件模擬測試均要完成，上一個步驟的輸出與下一個步驟的輸入必須無縫銜接?！?月11日，攻關(guān)小組中最早結(jié)束隔離期的許鶴華進入實驗室，次日就完成了組裝調(diào)試工作。何以如此迅速，齊立哲解釋道，在1日小組成立至11日間，研究人員已將現(xiàn)場調(diào)試前的所有工作，按照嚴格的時間表，全部實質(zhì)性地完成。

15人的攻關(guān)小組中三分之二是學生，“參與度很高，做出了突出貢獻?！饼R立哲說。2018級博士生高曉飛在參與結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的同時，還積極參與物料采購、供應(yīng)商溝通等協(xié)調(diào)工作。主導AGV小車控制等設(shè)計工作的2019級碩士生蔡汝佳，時刻與調(diào)試人員保持電話溝通，根據(jù)現(xiàn)場情況不斷修正優(yōu)化軟件。

2月21日，在等待醫(yī)院確認當天是否可以進行實地測試時，小組成員就把機器人安裝好，并裝車前往。結(jié)果車剛到，醫(yī)院就協(xié)調(diào)好了。“我們一點時間都不能耽誤?！?/p>

統(tǒng)一領(lǐng)導結(jié)合大團隊協(xié)作，助力消毒機器人研發(fā)工作“與疫情賽跑”。在協(xié)調(diào)小組的保駕護航下，研發(fā)過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)把控、資源協(xié)調(diào)、技術(shù)難點攻關(guān)等方面得到了全方位支持。

“看準就做，主動出擊，科研攻關(guān)不能等。”甘中學表示，快速做出有實際應(yīng)用價值的消毒機器人，為疫情防控貢獻實質(zhì)性的力量，是攻關(guān)小組全員共同的目標。

“面向?qū)嵱茫掷m(xù)優(yōu)化，消毒機器人一定助力疫情防疫戰(zhàn)！”中山醫(yī)院科研處主任李卡為復旦工研院科研人員加油，期盼有實際應(yīng)用價值的消毒機器人早日進入醫(yī)院的防治診室，成為疫情防控的醫(yī)生助手。