不需要自行拆拭子、擰試管，只需按照語(yǔ)音提示張嘴對(duì)位，等待22秒，便可完成一次核酸采樣……
近日，上海大學(xué)依托上?？平藤Y源，充分發(fā)揮機(jī)械、控制等多學(xué)科交叉融合和“機(jī)械工程”國(guó)家一流學(xué)科優(yōu)勢(shì)，組建跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)，成功研制“全自動(dòng)核酸采樣機(jī)器人”，這也是上海高校獨(dú)立自主研發(fā)成功的第一臺(tái)全程無(wú)接觸、高度智能化的核酸采樣機(jī)器人。
全自動(dòng)、無(wú)接觸
最快22秒完成核酸采樣
“全自動(dòng)核酸采樣機(jī)器人比較方便，不需要工作人員掃核酸碼，也不需要使用咬口器，速度快，也衛(wèi)生。”剛剛試用過自動(dòng)化核酸采樣的上海大學(xué)學(xué)生周同學(xué)告訴記者。
在上海大學(xué)寶山校區(qū)J樓一層，全自動(dòng)核酸采樣機(jī)器人以一座長(zhǎng)2.2米、寬1.3米、高2.1米的核酸采樣亭形式“坐鎮(zhèn)”報(bào)告廳大廳，該采樣亭采樣面玻璃上標(biāo)有“1.測(cè)量體溫；2.掃核酸碼；3.核酸自動(dòng)采樣”的采樣步驟，并在相對(duì)應(yīng)位置配有測(cè)溫儀、掃描儀。
01
試采樣的學(xué)生志愿者在手部測(cè)溫、自行掃描核酸碼后，來(lái)到采樣窗口前，按照語(yǔ)音提示，面部靠近采樣窗口，對(duì)準(zhǔn)窗口張開嘴巴，等待機(jī)械臂抓起拭子，伸向其喉嚨處。
02
當(dāng)拭子觸碰到咽后壁后，機(jī)械臂便會(huì)“手握”拭子“左三圈、右三圈”進(jìn)行采集。
03
完成采樣后，機(jī)械臂慢慢縮回并將拭子放入試管中，自動(dòng)剪斷多余長(zhǎng)度的拭子，機(jī)器夾爪再將試管蓋擰緊，采樣者便完成了一次無(wú)需拆開拭子或擰松試管等動(dòng)作的零接觸核酸采樣。
完成整個(gè)采樣過程
最快僅耗時(shí)22秒
據(jù)介紹，該核酸采樣機(jī)器人具有“全自動(dòng)、非接觸、大通量、高快速、云監(jiān)控”等特色，將靈巧機(jī)械臂和小型自動(dòng)化生產(chǎn)線有機(jī)融為一體，從拭子剝離、定位夾取、試管上位、試管掃碼、口腔采樣、樣本剪切、試管下位，到采樣末端的部位消毒等，全流程實(shí)現(xiàn)了真正自動(dòng)化。
同時(shí)，核酸采樣機(jī)器人采用“全程無(wú)接觸”理念，采樣者無(wú)需頭部接觸式固定，也不用口咬“咬口器”，最大程度降低交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。
“視覺+觸覺”，全方位消毒
“我一開始擔(dān)心機(jī)械臂畢竟是機(jī)器，會(huì)不會(huì)太用力或者弄傷喉嚨，但在后來(lái)的采樣過程中，我能感受到當(dāng)拭子碰到咽喉時(shí)，機(jī)械臂便立即停止前進(jìn)，開始‘輕柔’地采樣。”上海大學(xué)學(xué)生楊同學(xué)告訴記者。
針對(duì)學(xué)生提到的“輕柔”一詞
上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院
副院長(zhǎng)苗中華教授進(jìn)行了解答
“其實(shí)，‘大白’在給我們采樣時(shí)，也是通過手眼協(xié)同的方式，在這點(diǎn)上，機(jī)械臂的采樣原理和人工是一樣的。”
據(jù)了解
該機(jī)械臂采用
“視覺”和“觸覺”相融合的采樣原理
通過視觸覺融合感知和閉環(huán)控制
實(shí)現(xiàn)相對(duì)安全輕柔的采樣
01
視覺方面
借助攝像頭來(lái)獲取口腔位置和內(nèi)部形狀；
02
觸覺方面
在機(jī)械臂中串聯(lián)安裝了六維力傳感器，該傳感器可以實(shí)時(shí)探測(cè)拭子末端碰觸口腔內(nèi)壁力的大小。
而針對(duì)大家關(guān)心的全自動(dòng)核酸采樣機(jī)器人采樣期間如何消毒的問題，苗中華也代表研發(fā)團(tuán)隊(duì)向記者進(jìn)行了解答。
據(jù)介紹
在每次采樣結(jié)束后
三處位置會(huì)重點(diǎn)進(jìn)行消毒，分別是：
采樣面玻璃口處
機(jī)械臂末端夾爪處
以及裝卸試管蓋的機(jī)器夾爪處
靈巧機(jī)械臂和自動(dòng)化生產(chǎn)線“完美配合”，實(shí)現(xiàn)了多節(jié)拍同步，提高了采樣效率；多個(gè)消毒工位也互不干涉，同步進(jìn)行。
“另外，在此采樣亭內(nèi)，我們安置了四個(gè)燈管，其中兩個(gè)用于照明，另外兩個(gè)用于紫外線消毒，可根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔對(duì)采樣亭內(nèi)部進(jìn)行環(huán)境消毒。”
高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求
十余名隊(duì)員， 60天的日夜奮斗
自5月5日接到核酸采樣機(jī)器人研發(fā)項(xiàng)目任務(wù)后，上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)院骨干教師第一時(shí)間組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，由學(xué)院陳方泉書記和于瀛潔院長(zhǎng)擔(dān)任組長(zhǎng)，苗中華副院長(zhǎng)任執(zhí)行組長(zhǎng)。充分發(fā)揮學(xué)院多學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)成員包括劉樹林、王海寬、李楠、崔澤、華曉青、歐陽(yáng)航空、吳慧興等技術(shù)骨干以及數(shù)名學(xué)生志愿者。
據(jù)了解，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)整整60天的日夜奮戰(zhàn)，克服疫情封控帶來(lái)的重重困難，連續(xù)攻克了視覺觸覺融合感知、口腔三維建模、視覺定位校正、受限空間機(jī)械臂路徑規(guī)劃、多節(jié)拍同步伺服控制、視觸覺閉環(huán)控制等10余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
同時(shí)，全體研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員和學(xué)生志愿者們充分利用多學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)，從概念設(shè)計(jì)、模擬仿真、方案論證、機(jī)械設(shè)計(jì)、技術(shù)攻關(guān)、軟件開發(fā)、機(jī)械裝配到聯(lián)合調(diào)試和試運(yùn)行，獨(dú)立自主成功研發(fā)了上海大學(xué)第一臺(tái)全自動(dòng)非接觸核酸采樣機(jī)器人。
事實(shí)上，對(duì)于團(tuán)隊(duì)成員來(lái)說(shuō)，除了高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求帶來(lái)的技術(shù)瓶頸外，還要克服疫情期間人力短缺帶來(lái)的影響。在上海疫情防控最吃勁的階段，研發(fā)團(tuán)隊(duì)只有3名成員堅(jiān)守在校內(nèi)，其他成員只能居家辦公、線上協(xié)助，凌晨?jī)扇c(diǎn)的在線會(huì)議室成為了他們最熟悉的辦公地。
“核酸采樣機(jī)器人的研發(fā)得到了劉昌勝校長(zhǎng)的關(guān)心和大力支持，是整個(gè)技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的集體智慧，”苗中華表示，通過項(xiàng)目研發(fā)凝聚力量，鍛煉了隊(duì)伍，也在推進(jìn)學(xué)校重大任務(wù)中踐行了有組織科研。“我們沒有辦法像醫(yī)生護(hù)士一樣奮戰(zhàn)在抗疫一線，但我們可以用科研的力量積極參與抗疫，我想這也是一直支撐我們的力量。”
