2020年03月02日 | 复旦争分夺秒研发消毒机器人 成为疫情防控的医生助手

疫情防控期间，如何最大程度降低消毒人员被感染的风险，同时实现消毒过程和结果的精准控制？以机器人代替人工是一个可行的选择：在机器人上配置消毒设备，通过机器人自主运动，能够有效、无死角地杀灭空气中的致病微生物。

以复旦大学工程与应用技术研究院（以下简称“工研院”）副院长甘中学为组长，行政副院长徐晓创、副院长张国旗、复旦大学附属华山医院党委副书记耿道颖为副组长的攻关小组成立后，工研院智能工业机器人及应用工程实验室教授孙云权和青年研究员齐立哲牵头成立了机器人装备实施攻关小组，三天完成方案和设计，不到三周就成功开发出消毒机器人第一代样机，并与复旦大学附属中山医院的医务人员一起试实验应用，在楼道等敞开式空间和病房等较狭窄区域，自主无障碍行走，自动消毒，效果和应用前景得到了院方护理部领导的认可，并结合实际应用场景，提出升级版的建议。

“见其所见”：人机远程融合控制确保安全性

“就像打枪一样，指哪儿打哪儿。”对于消毒机器人的工作原理，甘中学解释，在已有移动平台的基础上增加视觉系统、消毒设备及过程控制系统，使机器人隔着几重墙壁也能“听”到指令，自主运动到指示位置，实现人机远程融合控制的自动消毒。

“远程”能不能再“远”一些？这个问题曾困扰着攻关小组的成员。最初，消毒机器人的使用环境被限定在同一局域网下，就像连接WiFi一样，控制端不能离开一定范围，无法实现长距离控制。对此，研究人员采用云服务器作为中间代理，控制端和移动平台之间的距离在理论上没有了限制，只要有4G信号，就可以控制。2月12日，在新金博大厦进行的喷洒中，从同楼层到相差十几楼，在不同位置都能够实现对机器人的远程。

若机器人的远程控制程序发生错误，但负责消毒的小车仍继续运动，无法自动停止，这可怎么办？在调试阶段，攻关小组成员就预想到了这一点。他们增加了判断socket通讯连接机制，如果一方意外断开，则令小车停止；同时又加入心跳机制，控制端每隔一秒给小车发送一个“ok”，五秒没有收到“ok”小车就自动停止，防止意外发生。

“在实际应用中，安全系数是第一位，是最需要保障的。”甘中学说。人机融合控制模式就是保证安全性的一柄“利器”，也是攻关小组研发的消毒机器人较之其他产品的优势所在。

现有机器人产品大多是基于二维的或超声导航，检测高度始终如一。“这一高度检测到都是墙，就默认四周都是实墙，若墙体刚好缺一块，是检测不到的。”齐立哲解释，在人机融合控制模式下，机器人自主运动的同时，控制端不仅可以实时看到它所“看”到的，还能监控它的状态，一旦发现故障，可以控制或切断它，甚至及时帮助它、优化它。

“实战演练”：既能达到预期，更要不断升级

远程监控是否畅通？消毒液喷洒效果是否理想？机器人在病房中能否自主避障？消毒机器人的这些功能均于2月21日在中山医院进行了实地测试。
 

在候诊大厅等敞开式空间中工作，消毒机器人“游刃有余”，但一到病房中，它的自主运动能力就受到不小的挑战。“病房里的情况比较复杂，一是病人离开后立马需要对其病床周围区域进行消毒，二是病床间的距离比我们预计的要窄。”齐立哲说：“这对控制端的操作和机器人的传感能力都有较高要求。”经过反复测试后，攻关小组确认，消毒机器人样机“完全可以达到院方的预期”。

不同构造的病房分别需要喷洒多少消毒液？需要紫外线停留多长时间？每个区域的照射角是多少？可否将这些经验形成一个？将需要消毒的被子放进压缩袋后，机器人能否定点向袋内加充消毒气体？对样机表示高度认可的同时，院方还提出了进一步的需求。“对消毒过程的精准控制，已经纳入二、三代机器人的规划中。”甘中学说。

为尽快投入应用，第一代机器人上安装的是成熟的紫外杀菌产品，而工研院“紫外灭毒光源组”自主研制的紫外杀菌设备，将在第二代机器人上亮相。面向更广泛的应用前景，“多自由度移动消杀病毒”的第三代机器人的开发也在紧张有序地进行中。

“战斗状态”：三天出设计三周出样机

三天时间完成详细方案设计及非标件加工图纸设计，不到三周时间完成从设计、制造到现场试用的过程，攻关小组全员保持“战斗状态”，“时刻绷着”。

疫情期间，采购的硬件什么时候发货，多长时间能到，研究人员均无法预估和控制，只能多做预案，将不可控因素减至最低。价格不高的喷头，小组成员买了两个，型号有些差别。“如果都到了，也能够充分利用上，如果一个到不了，那也不影响工作。”结果，其中一个厂家就因无法发货取消了订单。

“硬件采购全部到位，软件模拟测试均要完成，上一个步骤的输出与下一个步骤的输入必须无缝衔接。”2月11日，攻关小组中最早结束隔离期的许鹤华进入实验室，次日就完成了组装调试工作。何以如此迅速，齐立哲解释道，在1日小组成立至11日间，研究人员已将现场调试前的所有工作，按照严格的时间表，全部实质性地完成。

15人的攻关小组中三分之二是学生，“参与度很高，做出了突出贡献。”齐立哲说。2018级博士生高晓飞在参与结构设计工作的同时，还积极参与采购、供应商沟通等协调工作。主导控制等设计工作的2019级硕士生蔡汝佳，时刻与调试人员保持电话沟通，根据现场情况不断修正优化软件。

2月21日，在等待医院确认当天是否可以进行实地测试时，小组成员就把机器人安装好，并装车前往。结果车刚到，医院就协调好了。“我们一点时间都不能耽误。”

统一领导结合大团队协作，助力消毒机器人研发工作“与疫情赛跑”。在协调小组的保驾护航下，研发过程关键环节把控、资源协调、技术难点攻关等方面得到了全方位支持。

“看准就做，主动出击，科研攻关不能等。”甘中学表示，快速做出有实际应用价值的消毒机器人，为疫情防控贡献实质性的力量，是攻关小组全员共同的目标。

“面向实用，持续优化，消毒机器人一定助力疫情防疫战！”中山医院科研处主任李卡为复旦工研院科研人员加油，期盼有实际应用价值的消毒机器人早日进入医院的防治诊室，成为疫情防控的医生助手。