疫情下，人类需要医疗机器人

原创 Jack 机器人大讲堂

Franka Emika 的Fabio和非常多孩子一样，从小看漫画书长大，章鱼博士是来自漫威漫画宇宙的反派科学家，他的躯干上有四个巨大的机器人触手，这让Fabio为之着迷。

“我在憧憬未来时，脑海中一直有这样一个设想：拥有人们很容易控制的额外双臂——如果能将其用在手术室中，想象一下这种情景会有多么了不起！我还有另一个想法——拥有一位机器人助手或是一种轻便的自供电外骨骼，从而能够帮助事故中受伤的人重新行走，或协助老年人完成日常的工作和生活。”当谈起自己儿时的梦想，Fabio依然兴奋不已。

孩童时的梦想与现实交错，使用新技术让人类的无限潜能与机器相互交互的想法一直深深吸引着Fabio，并促使他走上了生物医学工程职业之路。

如今，科技照进了现实，FabioTenebruso成为了Franka Emika的医疗技术主管，正在带领一个跨学科团队，致力于将Franka Emika 机器人用到医疗领域。

▍跨越梦想与现实

对于医疗技术领域来说，机器人最关键的是要能提供安全的人机交互能力，敏感的力控制，其次价格合理、重量轻也非常重要。

Franka Emika 机器人恰好拥有这些特点，这让Fabio有了更多的实践可能性。

同时，要想在医疗上进一步开发，机器人系统的多功能性、可靠性和合适的控制接口也同样重要，如果研发需要，Franka Emika 机器人还可以进行底层控制，这为深度研发带来了更多可能性。例如，在慕尼黑工业大学MITI 研究小组的专家们就希望尝试使用机器人配合远程诊断系统实现无接触诊断，进一步降低新冠肺炎感染风险，实现更安全的检查。

在这个ProteCT项目中，医生可以在远处对患者进行医疗检查，Franka Emika的技术团队使用了遥操作的方案，其包括了三个机器人、额外的传感器、外部摄像头和可变更的末端执行器，可以用于记录心音、扫描腹部、轻敲和聆听胸部，从而判断新冠肺炎。

在具体流程中，医生首先通过视频切换与测试患者进行病史讨论，然后受试者按照医生的指示和视频说明，自行进行包括测量体温等在内的简单检查，完成这些基本诊断后，两个Franka Emika 机器人分别对站立和躺下的测试患者进行了检查。医生从控制室的控制台监视器根据机舱内摄像头实时传输的图像，控制机器人手臂的每一个动作。

“尽管存在空间分离，但最新的传输技术帮助我们确保了可信赖的医患关系，”MITI 团队的工程师 Jonas Fuchtmann 解释说。医生借助摄像头和麦克风始终可以很好地看到测试人员，也可以听到他们的声音，除此之外，机器人配有灵敏的力传感器，还可以精确设置和调整阻力的强度，防止机器人手指挤压过于用力。

（机械臂将拭子通过一个小开口进行测试者喉咙采样）

ProteCT只是机器人在医疗领域深度开发应用中的一种。

在新冠肺炎的检测中，Franka Emika机器人手臂还被开发用于进行咽拭子检测。机器人可以抓起一根拭子，小心地将其插入测试者张开的嘴里，并以圆周运动仔细地擦拭喉咙拭子，从而实现低接触采样。

这项测试的重点和难点是测试质量的稳定，因为咽拭子测试结果与测试来源之间存在巨大的相关性。但在以往样品质量取决于检查员，使用机器人则会变得非常稳定高效，每小时最多可进行60 次测试，同时机器人采样准确率和可靠性都非常高。

基于这种机器人的远程医疗方式，即使在隔离的情况下，也能远距离安全地进行可靠安全的医疗诊断。

当前，这种由机器人为主体实现的自主且非接触式的安全测试站解决方案，已通过了德国当局的认证，被批准为一级医疗产品，有望在抗击大流行中贡献出更大的力量。

▍创造新的医疗可能性

Fabio认为，未来，机器人对于医务人员和患者都可以提供更多更有效的帮助。

“我相信将 Franka Emika 的技术融合到医疗领域的可能性非常大。因为现有技术下能使手术与非手术器械的空间定位非常精准，从而专业地复制特定的医疗流程。机器人允许医生以远程控制的方式对患者进行手术，并协助患者进行从理疗到个人护理的诸多日常活动。”Fabio说道。“我们的目标是通过使用机器人帮人们完成小型、较复杂的任务来改善他们的生活，并促使医护人员的工作变得更安全且更轻松。”

例如Franka Emika机器人也被用于牙科，辅助医生对病人进行检查。医生可以利用一个简单的界面来激活机器人，从而在诊疗的各个阶段得到机器人的协助。

除此之外，Franka Emika 机器人也可以可为 ALS 患者的姑息治疗和重症监护提供支持，协助治疗肌萎缩症侧索硬化症也是一个好主意。

▍医疗场景的技术突破

在研发过程中，为什么Franka Emika的技术如此适合医疗技术？

这些在医疗领域的应用案例能够大获成功，很大程度上取决于Franka Emika在医疗领域进行的技术突破。

例如在交互性上，为了加强机器人与医务人员的交互流畅度和可靠性，Franka Emika的研究者们研究了机器人与外部临床环境交互时（特别是与医务人员交互时）的行为，并为此建立了专用于医疗应用的 Franka Emika 协作机器人模拟器平台 (CSP) ，该平台构建出了一种适用于医疗的机器人运动学和动力学模型，为医疗场景提供了更加稳定安全的交互可能。

而为了让协作机器人中在医疗应用的过程中，更容易更快速实现在线有效载荷识别，Franka Emika的研究者们研究出了四种识别惯性参数的方法，可以准确识别协作机器人末端执行器所持有效载荷惯性参数，从而更容易实施例如重力补偿方法等包括静态和动态效应补偿在内的扭矩控制。

▍关于未来

Fabio也和我们分享了当前他在医疗技术领域工作的愿景，以及对该领域未来发展的一些想法和梦想。

Fabio表示，Franka Emika医疗技术团队是一支非常年轻的团队，拥有很多有不同专长的生物医学和机器人学人才，当前该团队正专注于让机器人融入生物医学领域，成为该领域专业人员的“工具”。

这既包括了解机器人如何才能帮助不同用户进行常规操作，也包括创造一些以前无法实现的新应用。例如通过自动引导 PCR 和快速抗原检测，安全、灵活、高效地进行COVID-19 测试等。

作为一款适合医疗开发的轻量型机器人，Franka Emika未来必将打开更多医疗场景的大门。

参考链接：

https://www.mri.tum.de/news/robotik-und-telemedizin-fuer-mehr-sicherheit-der-corona-pandemie

Robotikund Telemedizin für mehr Sicherheit in der Corona-Pandemie

https://www.vbw-bayern.de/vbw/PresseCenter/Roboter-f%C3%BCr-automatisierte-Corona-Abstriche-vorgestellt.jsp

Roboter für automatisierte Corona-Abstrichevorgestellt / Hatz: „Corona-Pandemie mit Hightech aus Bayern bekämpfen“

https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-75259-0_11

Developmentof a Franka Emika Cobot Simulator Platform (CSP) Dedicated to MedicalApplications

https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-48989-2_15

Online Payload Identification of a FrankaEmika Robot for Medical Applications

https://www.franka.de/cn/highlights/SR-NOCS/

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