機器人抗擊傳染病

此次新冠病毒凸顯了機器人在與傳染病對抗中的重要作用。與人類(lèi)相比，機器人不會(huì )感染傳染病；與疫苗相比，它們對特定的傳染媒介是不可知的；與抗生素相比，它們不會(huì )產(chǎn)生耐藥菌株。盡管有這些好處，但要成功部署機器人來(lái)抵抗傳染病暴發(fā)，仍然存在巨大的技術(shù)、文化和社會(huì )心理挑戰。2016年Kory Kraft發(fā)表“Robots Against Infectious Diseases”，我們整理了該文與大家分享。

1、背景

傳染病對世界各國人民構成了長(cháng)期威脅。疫苗和抗生素似乎是高度傳染、高毒疾病的靈丹妙藥。但是，這些工具的開(kāi)發(fā)需要時(shí)間、大量資金的投入，并且仍然具有高度的疾病特異性[1]。例如，盡管自1976年以來(lái)我們就了解埃博拉病毒病（EVD），但目前最有希望的疫苗試驗是在國際社會(huì )對最近爆發(fā)的恐懼加劇之后才開(kāi)始的[2]。為了保證其有效性，每一種疫苗必須針對每一種病毒，有時(shí)還要針對每一種毒株進(jìn)行定制。機器人不能代替疫苗和治療、控制和預防傳染病的傳統方法。但是，它們是可以在多種傳染原暴發(fā)中起作用的通用平臺，直到開(kāi)發(fā)出合適的疫苗或抗生素為止。

在疫情暴發(fā)期間，工作人員可以使用遠程操作和自主機器人執行常規的輔助性醫療保健任務(wù)。這將減少工作人員在危險污染區花費的時(shí)間，這也將減少佩戴抑制性個(gè)人防護設備的時(shí)間，這樣衛生保健工作人員將能夠將他們的注意力和努力引向醫療保健中最困難的部分。最后，在確保醫護人員安全的同時(shí)，患者會(huì )獲得更高效的個(gè)人護理。

圖1 遙控機器人從模擬的埃博拉病毒治療裝置中的嬰兒床上取下床單

為了在傳染病暴發(fā)時(shí)有效地部署機器人，需要解決以下研究問(wèn)題，包括：?jiǎn)?wèn)題1：在未來(lái)的傳染病爆發(fā)中，機器人能做什么？應該做什么？問(wèn)題2：提出的遠程操作替代方案將如何影響以下各項之間的相互作用：a)機器人和病人之間？b)機器人與醫療服務(wù)提供者之間？c)醫療服務(wù)提供者與患者之間？問(wèn)題3：當涉及遠程操作機器人時(shí)，物理可見(jiàn)性代理對提高醫療保健提供者與患者之間的舒適度和信任度的效果如何？

2、相關(guān)工作

機器人目前正應用在醫療行業(yè)中。例如，直覺(jué)外科公司的達芬奇手術(shù)系統自1999年以來(lái)一直在市場(chǎng)上銷(xiāo)售[3]，固定的機器人系統是由同一個(gè)房間的外科醫生遠程操作的；Aethon公司的拖船機器人用于在醫院運輸和運送物品[4]；Xenex銷(xiāo)售紫外線(xiàn)消毒機器人[5]；像帕羅(Paro)和梅迪(Medi)這樣的社交機器人(建立在NAO機器人的基礎上)正被用于醫療保健環(huán)境中以安撫患者[6]。

在資源受限的環(huán)境中爆發(fā)的傳染病疫情，如埃博拉疫情，與醫療機器人文獻中經(jīng)常討論的情況和考慮因素相比存在很大差異。令人驚訝的是，醫學(xué)機器人文獻與救災機器人的文獻除了研究如何在災難搜索和救援場(chǎng)景中使用機器人為患者提供有限的遠程護理外沒(méi)有其他方面的探討[7]。因此，在傳染病暴發(fā)的情況下部署機器人的優(yōu)勢和挑戰被忽視了。當人們看到機器人的操作員時(shí)，人們會(huì )更信任操作員，并且整體上會(huì )更舒適[8]。

3、研究方法

對于問(wèn)題1：正確的人與機器人交互研究必須要對真實(shí)生活、真實(shí)的人和真實(shí)的機器人的復雜性的深刻理解。論文作者建議通過(guò)在比利時(shí)布魯塞爾的MedicinsSans Frontiers培訓總部花兩周的時(shí)間來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行這項工作，親自接受部分疫情培訓應對方案，與員工培訓人員進(jìn)行面談并審查高層流程。之后再前往塞拉利昂的一個(gè)已部署埃博拉病毒治療中心，觀(guān)察并采訪(fǎng)相關(guān)的當地居民，收集到當前抗擊傳染病的組織面臨的特殊挑戰和可用資源，將為未來(lái)提出的機器人解決方案提供更好的評估指標。 

對于問(wèn)題2：論文作者將先前的研究在A(yíng)mazon Mechanical Turk上進(jìn)行虛擬重組和部署[8]。參與者將得到與前一項研究類(lèi)似的提示，觀(guān)看一段視頻(根據情況將提供兩段不同的視頻)并回答調查問(wèn)題。這項研究會(huì )使更多的文化被觸及，并對影響的文化成分給予深入的了解。當然，這將以收集生理反應為代價(jià)，并將人們置于一個(gè)真實(shí)的機器人模擬環(huán)境中。作者會(huì )進(jìn)行一項縱向的2×2的受試者內部用戶(hù)研究，以研究所提議的遠程操作替代方案如何影響機器人和衛生保健提供者之間的交互界面(共享自主與遠程操作)和可見(jiàn)性(完全可見(jiàn)性與無(wú)可見(jiàn)性)將隨受試者的不同而有所不同。隨著(zhù)時(shí)間的推移，任務(wù)會(huì )增加難度。在研究接近尾聲時(shí)，作者將扮演病人的角色，指標將被用來(lái)評估參與者完成任務(wù)的能力，參與者在培訓期間的沮喪程度以及參與者對模擬患者的同情程度，參與者是當前醫療保健專(zhuān)業(yè)的學(xué)生。

對于問(wèn)題3：之前研究結果表明，操作人員對患者的可見(jiàn)性影響了患者對操作人員的信任度和舒適度。我們需要做的工作是，看看是否可以通過(guò)物理可見(jiàn)性的代理來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。這項新研究將分析和評估對提議的代理的響應，例如在機器人的面部、房間的電視上增加操作員的視野或者允許患者和操作員之間進(jìn)行雙向語(yǔ)音通信，研究將遵循受試者之間的設計不同的視覺(jué)代理。

4、總結

無(wú)論是幾年前西非爆發(fā)的埃博拉疫情，還是當前全球的新冠病毒肺炎疫情，提醒我們研究者，應該充分發(fā)揮機器人在這個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)勢，積極改善對未來(lái)疫情的情況。