復(fù)旦爭分奪秒研發(fā)消毒機(jī)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(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)消毒過程和結(jié)果的精準(zhǔn)控制？以機(jī)器人代替人工是一個(gè)可行的選擇：在機(jī)器人上配置消毒設(shè)備，通過機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)，能夠有效、無死角地殺滅空氣中的致病微生物。

以復(fù)旦大學(xué)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(xué)為組長，行政副院長徐曉創(chuàng)、副院長張國旗、復(fù)旦大學(xué)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(jī)器人及應(yīng)用工程實(shí)驗(yàn)室教授孫云權(quán)和青年研究員齊立哲牽頭成立了機(jī)器人裝備實(shí)施攻關(guān)小組，三天完成方案和圖紙設(shè)計(jì)，不到三周就成功開發(fā)出消毒機(jī)器人第一代樣機(jī)，并與復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院的醫(yī)務(wù)人員一起試實(shí)驗(yàn)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(dòng)消毒，效果和應(yīng)用前景得到了院方護(hù)理部領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景，提出升級(jí)版的建議。

“見其所見”：人機(jī)遠(yuǎn)程融合控制確保安全性

“就像打槍一樣，指哪兒打哪兒。”對(duì)于消毒機(jī)器人的工作原理，甘中學(xué)解釋，在已有移動(dòng)平臺(tái)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(jī)器人隔著幾重墻壁也能“聽”到指令，自主運(yùn)動(dòng)到指示位置，實(shí)現(xiàn)人機(jī)遠(yuǎn)程融合控制的自動(dòng)消毒。

“遠(yuǎn)程”能不能再“遠(yuǎn)”一些？這個(gè)問題曾困擾著攻關(guān)小組的成員。最初，消毒機(jī)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(shí)現(xiàn)長距離控制。對(duì)此，研究人員采用云服務(wù)器作為中間代理，控制端和移動(dòng)平臺(tái)之間的距離在理論上沒有了限制，只要有4G信號(hào)，就可以控制。2月12日，在新金博大廈進(jìn)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(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

若機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制程序發(fā)生錯(cuò)誤，但負(fù)責(zé)消毒的小車仍繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，無法自動(dòng)停止，這可怎么辦？在軟件調(diào)試階段，攻關(guān)小組成員就預(yù)想到了這一點(diǎn)。他們增加了判斷socket通訊連接機(jī)制，如果一方意外斷開，則令小車停止；同時(shí)又加入心跳機(jī)制，控制端每隔一秒給小車發(fā)送一個(gè)“ok”，五秒沒有收到“ok”小車就自動(dòng)停止，防止意外發(fā)生。

“在實(shí)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(xué)說。人機(jī)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(jī)器人較之其他產(chǎn)品的優(yōu)勢所在。

現(xiàn)有機(jī)器人產(chǎn)品大多是基于二維的激光或超聲導(dǎo)航，檢測高度始終如一?！斑@一高度檢測到都是墻，就默認(rèn)四周都是實(shí)墻，若墻體剛好缺一塊，是檢測不到的?！饼R立哲解釋，在人機(jī)融合控制模式下，機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，控制端不僅可以實(shí)時(shí)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(shí)幫助它、優(yōu)化它。

“實(shí)戰(zhàn)演練”：既能達(dá)到預(yù)期，更要不斷升級(jí)

遠(yuǎn)程監(jiān)控是否暢通？消毒液噴灑效果是否理想？機(jī)器人在病房中能否自主避障？消毒機(jī)器人的這些功能均于2月21日在中山醫(yī)院進(jìn)行了實(shí)地測試。
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在候診大廳等敞開式空間中工作，消毒機(jī)器人“游刃有余”，但一到病房中，它的自主運(yùn)動(dòng)能力就受到不小的挑戰(zhàn)。“病房里的情況比較復(fù)雜，一是病人離開后立馬需要對(duì)其病床周圍區(qū)域進(jìn)行消毒，二是病床間的距離比我們預(yù)計(jì)的要窄?！饼R立哲說：“這對(duì)控制端的操作和機(jī)器人的傳感能力都有較高要求?！苯?jīng)過反復(fù)測試后，攻關(guān)小組確認(rèn)，消毒機(jī)器人樣機(jī)“完全可以達(dá)到院方的預(yù)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(shí)間？每個(gè)區(qū)域的照射角是多少？可否將這些經(jīng)驗(yàn)形成一個(gè)數(shù)據(jù)庫？將需要消毒的被子放進(jìn)壓縮袋后，機(jī)器人能否定點(diǎn)向袋內(nèi)加充消毒氣體？對(duì)樣機(jī)表示高度認(rèn)可的同時(shí)，院方還提出了進(jìn)一步的需求?！皩?duì)消毒過程的精準(zhǔn)控制，已經(jīng)納入二、三代機(jī)器人的規(guī)劃中?！备手袑W(xué)說。

為盡快投入應(yīng)用，第一代機(jī)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(jī)器人上亮相。面向更廣泛的應(yīng)用前景，“多自由度移動(dòng)消殺病毒”的第三代機(jī)器人的開發(fā)也在緊張有序地進(jìn)行中。

“戰(zhàn)斗狀態(tài)”：三天出設(shè)計(jì)三周出樣機(jī)

三天時(shí)間完成詳細(xì)方案設(shè)計(jì)及非標(biāo)件加工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，不到三周時(shí)間完成從設(shè)計(jì)、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(shí)刻繃著”。

疫情期間，采購的硬件什么時(shí)候發(fā)貨，多長時(shí)間能到，研究人員均無法預(yù)估和控制，只能多做預(yù)案，將不可控因素減至最低。價(jià)格不高的噴頭，小組成員買了兩個(gè)，型號(hào)有些差別?！叭绻嫉搅?，也能夠充分利用上，如果一個(gè)到不了，那也不影響工作?！苯Y(jié)果，其中一個(gè)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(gè)步驟的輸出與下一個(gè)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(jìn)入實(shí)驗(yàn)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(yán)格的時(shí)間表，全部實(shí)質(zhì)性地完成。

15人的攻關(guān)小組中三分之二是學(xué)生，“參與度很高，做出了突出貢獻(xiàn)。”齊立哲說。2018級(jí)博士生高曉飛在參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的同時(shí)，還積極參與物料采購、供應(yīng)商溝通等協(xié)調(diào)工作。主導(dǎo)AGV小車控制等設(shè)計(jì)工作的2019級(jí)碩士生蔡汝佳，時(shí)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(rèn)當(dāng)天是否可以進(jìn)行實(shí)地測試時(shí)，小組成員就把機(jī)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?！拔覀円稽c(diǎn)時(shí)間都不能耽誤?！?/p>

統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)結(jié)合大團(tuán)隊(duì)協(xié)作，助力消毒機(jī)器人研發(fā)工作“與疫情賽跑”。在協(xié)調(diào)小組的保駕護(hù)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(diǎn)攻關(guān)等方面得到了全方位支持。

“看準(zhǔn)就做，主動(dòng)出擊，科研攻關(guān)不能等?！备手袑W(xué)表示，快速做出有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的消毒機(jī)器人，為疫情防控貢獻(xiàn)實(shí)質(zhì)性的力量，是攻關(guān)小組全員共同的目標(biāo)。

“面向?qū)嵱?，持續(xù)優(yōu)化，消毒機(jī)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(fù)旦工研院科研人員加油，期盼有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的消毒機(jī)器人早日進(jìn)入醫(yī)院的防治診室，成為疫情防控的醫(yī)生助手。