不需要自行拆拭子、擰試管，只需按照語音提示張嘴對位，等待22秒，便可完成一次核酸采樣……
近日，上海大學(xué)依托上海科教資源，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”國家一流學(xué)科優(yōu)勢，組建跨學(xué)科研究團(tuán)隊，成功研制“全自動核酸采樣機(jī)器人”，這也是上海高校獨(dú)立自主研發(fā)成功的第一臺全程無接觸、高度智能化的核酸采樣機(jī)器人。
全自動、無接觸
最快22秒完成核酸采樣
“全自動核酸采樣機(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，全自動核酸采樣機(jī)器人以一座長2.2米、寬1.3米、高2.1米的核酸采樣亭形式“坐鎮(zhèn)”報告廳大廳，該采樣亭采樣面玻璃上標(biāo)有“1.測量體溫；2.掃核酸碼；3.核酸自動采樣”的采樣步驟，并在相對應(yīng)位置配有測溫儀、掃描儀。
01
試采樣的學(xué)生志愿者在手部測溫、自行掃描核酸碼后，來到采樣窗口前，按照語音提示，面部靠近采樣窗口，對準(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“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，自動剪斷多余長度的拭子，機(jī)器夾爪再將試管蓋擰緊，采樣者便完成了一次無需拆開拭子或擰松試管等動作的零接觸核酸采樣。
完成整個采樣過程
最快僅耗時22秒
據(jù)介紹，該核酸采樣機(jī)器人具有“全自動、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，全流程實現(xiàn)了真正自動化。
同時，核酸采樣機(jī)器人采用“全程無接觸”理念，采樣者無需頭部接觸式固定，也不用口咬“咬口器”，最大程度降低交叉感染的風(fēng)險。
“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，會不會太用力或者弄傷喉嚨，但在后來的采樣過程中，我能感受到當(dāng)拭子碰到咽喉時，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。
針對學(xué)生提到的“輕柔”一詞
上海大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院
副院長苗中華教授進(jìn)行了解答
“其實，‘大白’在給我們采樣時，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
實現(xiàn)相對安全輕柔的采樣
01
視覺方面
借助攝像頭來獲取口腔位置和內(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，該傳感器可以實時探測拭子末端碰觸口腔內(nèi)壁力的大小。
而針對大家關(guān)心的全自動核酸采樣機(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)械臂和自動化生產(chǎn)線“完美配合”，實現(xiàn)了多節(jié)拍同步，提高了采樣效率；多個消毒工位也互不干涉，同步進(jìn)行。
“另外，在此采樣亭內(nèi)，我們安置了四個燈管，其中兩個用于照明，另外兩個用于紫外線消毒，可根據(jù)設(shè)定的時間間隔對采樣亭內(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)項目任務(wù)后，上海大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)院骨干教師第一時間組建研發(fā)團(tuán)隊，由學(xué)院陳方泉書記和于瀛潔院長擔(dān)任組長，苗中華副院長任執(zhí)行組長。充分發(fā)揮學(xué)院多學(xué)科交叉優(yōu)勢，技術(shù)團(tuán)隊成員包括劉樹林、王海寬、李楠、崔澤、華曉青、歐陽航空、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)隊歷經(jīng)整整60天的日夜奮戰(zhàn)，克服疫情封控帶來的重重困難，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余項關(guān)鍵技術(shù)。
同時，全體研發(fā)團(tuán)隊成員和學(xué)生志愿者們充分利用多學(xué)科交叉優(yōu)勢，從概念設(shè)計、模擬仿真、方案論證、機(jī)械設(shè)計、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)第一臺全自動非接觸核酸采樣機(jī)器人。
事實上，對于團(tuán)隊成員來說，除了高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求帶來的技術(shù)瓶頸外，還要克服疫情期間人力短缺帶來的影響。在上海疫情防控最吃勁的階段，研發(fā)團(tuán)隊只有3名成員堅守在校內(nèi)，其他成員只能居家辦公、線上協(xié)助，凌晨兩三點(diǎn)的在線會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)得到了劉昌勝校長的關(guān)心和大力支持，是整個技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊的集體智慧，”苗中華表示，通過項目研發(fā)凝聚力量，鍛煉了隊伍，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。”
