人機交互技術如何讓機器人協作醫療人員共同應對未來的突發不確定性

人機交互技術如何讓機器人協作醫療人員共同應對未來的突發不確定性

關鍵詞：增強智能，醫療機器人，人機交互，多感官傳感器融合，AI自主學習

新冠疫情顯示了機器人系統當前的一些局限性，使其無法在困難，多變的大規模環境中可靠地運行和適應。繁忙醫院中的機器人需要能夠處理意外事件和不確定性。研究需要集中在推進醫療保健機器人的自主性和學習策略上，因此他們只能在有限的監督下執行任務。在不久的將來，醫療機器人的最現實方法是共享自主權，它將醫學專家的知識與機器人的能力相結合。

人機交互的進步（例如提高機器人的感覺，觸摸和決定能力）將決定明天的機器人是否將幫助醫院在下一波可能發生的緊急衛生事件之前保持從容和得心應手。

機器人技術可以在三個主要領域提高患者的護理水平和提供者的安全性：（1）盡量減少護理人員與感染患者的接觸，以減少感染的傳播；（2）提高臨床提供者的能力和效率，使他們可以專注于重要任務；（3）通過限制提供商進入隔離區域的次數來減少PPE的供應需求。該評論總結了醫療機器人技術的最新狀況，以應對這些挑戰。它提出了如何利用最新技術來開發高度靈活和多功能的機器人，以應對未來的傳染病危機。總體而言，需要在機器人感測，操縱和自主性方面取得進步，以提高機器人的感覺，觸摸和決策能力。

為了應對傳染病急性護理方面的臨床挑戰，人機機器人物理合作伙伴關系的融合研究領域，包括傳感，操縱和自主性，將使高度靈活，用途廣泛的醫療機器人具有增強的感知，觸摸和決策能力。

圖中的機器人具有以下特點：（1）機器人輔助超聲成像，用于對COVID-19 患者的肺部和爐膛進行遠程檢查；（2）機器人輔助的遠程創傷評估，包括超聲成像，以評估COVID-19 患者的肺部受累嚴重程度；（3）用于COVID-19測試的半自動口咽拭子采樣；（4）通過遙控機器人平臺提供的護理幫助; （5）醫務人員使用機器人遠程控制COVID-19 患者的重癥監護室中的呼吸機；（6）機器人輔助手術，其中利用5G技術執行了四個超遠程腹腔鏡手術；（7）在豬腸吻合術上成功測試了有監督的自主軟組織手術；（8）機器人輔助氣管插管; （9）通過可以通過呼吸道成長為多個分支的軟機器人進行氣管內插管。

機器人感應與操縱

傳感對于規劃和執行安全的人機交互行為至關重要。大規模測試對于隔離受感染的受試者并阻礙病毒的傳播至關重要。棉簽機器人快速評估和診斷可以通過減少醫護人員的參與來增強測試能力。

視覺傳感與觸覺反饋相結合，可以極大地增強機器人的導航和操作能力。軟傳感器的發展以及觸覺技術的進步，為人造皮膚鋪平了道路，從而為機器人提供了分布式的觸感。未來的突破可能來自多種傳感方式（例如壓力，粗糙度，溫度）的融合，傳感器和執行器的集成以及控制策略的發展，這些策略將感知轉化為反應性行為。

另一個關鍵的臨床挑戰是執行多種操作任務的能力，例如拭子采樣，監視和管理呼吸機，調節輸液泵，更換靜脈輸液袋以及身體移動的患者。因此，對各種醫療工具的靈巧操作是機器人的關鍵要求。協作機器人已經展示出強大的功能以及軟機器人技術的進步提供了新的支持解決方案。順應性材料的固有適應性，多種抓握方式和剛度調制可一起使用，以使單個機器人能夠執行精細和強大的操縱任務。還設計了機器人，以從重癥監護室的外面遠程操作呼吸機，以防止醫護人員接觸風險。需要提高這些系統的操作靈活性和終端用戶編程的簡易性，以使此類解決方案可快速部署用于多種設備和控制任務。

機器人的自主性與AI機器學習

增加機器人的自主性可以提高人機交互的效率，并提高醫療保健系統的能力。自主機器人無需要求醫護人員指揮機器人的每一個動作，而是能夠在最少甚至沒有直接監督的情況下執行任務，從而使醫療服務提供者能夠專注于患者護理的關鍵方面并監督多個機器人。委派給機器人通常會引發以下問題：

（1）如何足夠清楚地指定機器人的任務，以便機器人確切地知道要做什么？

（2）如何確保機器人安全正確地執行指定的任務；

（3）如何處理突發事件和不確定性。

這些挑戰表明，在不久的將來，醫療機器人的最現實方法是共享自主權，它將醫學專家的知識與機器人的能力相結合。

機器人幫助一線醫療工作者的最大機會在哪里？

醫務人員每次進入要治療感染性患者的房間時，都需要戴上新鮮的PPE。機器人不需要佩戴個人防護裝備，從而為人類提供者騰出了寶貴的物資和時間。機器人可以做的越多，人類提供者就可以將更多的精力投入到護理的其他方面。

工程師應該關注的一大領域是增強機器人執行精細運動任務的能力，以便他們可以執行直接的患者護理任務，例如放置靜脈輸液，為氣管插管或插入中心線。其他潛在任務可能包括基本的房間打掃，放血，呼吸機和監護儀的管理與操作。

護理人員和患者在設計這些機器人系統時應扮演什么角色，以確保它們有效且安全？

在某些任務中，患者可能更愿意由人類臨床醫生執行。除了任務選擇之外，患者和護理人員還可以提供有關機器人構造中使用的材料（尤其是直接接觸人類患者的組件）以及總體設計的重要反饋。

約翰·霍普金斯大學的研究人員：“團隊正在努力改進ICU機器人，以提供更高的準確性和呼吸機的保真度。我們還研究了機器人在使用3D相機和力傳感器進行肺部超聲成像中的用途。最后，我們正在研究其他自主手術機器人程序，例如縫合和腫瘤切除術。”

應對機遇與挑戰

未來的機器人將在傳染病的臨床護理中發揮更大的作用。必須克服能力，動員和傳染病特定環境的障礙，以實現靈巧，可快速部署和智能的系統，同時增加自主性并增強身體互動的能力。

按照這種方法，可以預見的是，機器人技術將為臨床醫生帶來增強的解決方案，為醫護人員提供在下次傳染病暴發期間安全，遠程和有效地治療患者的工具。

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協作機器人醫療應用、動作捕捉、觸覺傳感器、電子皮膚、實時定位技術與可穿戴傳感器