机器人“上岗”测核酸：政府大买家，“身份”待审批

这是一对白色的机械臂，它被一个有眼睛图案的身体连接起来，顺从地呆在一辆白色的取样车里。看到有人走到车前，左臂立即取出试管，打开盖子；右臂拿着棉签，慢慢地进入被检测人的喉咙几次微弱旋转，棉签放入试管，手臂剪刀切断，然后拧开盖子，放入试管架。

30秒后，取样完成，被检测人员要做的就是张开嘴，闭上嘴，摘下口罩。这与许多人在疫情中经历过无数次的核酸取样没有什么不同。

和动画电影《超级陆战队》中无所不能的白色机器人一样，一批机器人大白正在接管核酸取样工作，并通过机器视觉和力控系统确保取样过程的准确性和安全性。

据南方周末记者不完整统计，截至2022年6月底，国内至少有10家研究机构和公司公布了自动核酸采样机器人产品。一些企业在一个月内完成了产品的项目和设计，并多次迭代成品。

就取样速度而言，大多数机器人暂时无法与熟练的医务人员相比。机器人取样的优点是降低感染风险，分担医疗保健的努力，但随着正常核酸检测的实施，核酸取样机器人具有潜在的成本优势。

许多受访企业告诉《南方周末》，由于医疗行为，核酸取样机器人需要注册和批准医疗器械，但监管机构仍在研究机器人属于哪种设备。

高校企业齐头并进，细节设计存在差异

采样机器人更像是现有技术的集成，而不是黑色技术。其两种核心技术——识别图像的机器视觉系统和调整强度的力控系统已经非常成熟。与其他应用程序相比，工作区域由汽车零部件改为更脆弱的人体喉咙。

目前，取样机器人的研发人员身份不同，包括中国科学新松有限公司（以下简称中国科学新松）等传统机器人企业，以及上海交通大学、清华大学等大学。多方合作是一种常见的模式。例如，鹏程青年培育机器人由杭州湖西云百盛科技有限公司和深圳罗湖医院集团共同开发。南方医科大学深圳医院还与深圳智慧林网络科技有限公司共同开发了核酸检测自助取样机。

虽然技术非常成熟，但从人机交互、检测精度、安全等角度来看，各研究团队的解决方案存在细微差异。

据南方周末记者报道，根据不同的使用场景，目前开发了两种取样机器人形式。负压设计车身，空气单向流通，实现移动流动性和安全，如上海人工智能研究所赛瑞取样车；采用与取样亭相同的固定箱结构、机械臂、测试人员，如中国科学新松开发的便捷核酸取样亭。

各种产品的主要区别之一是采样孔的咬口设计。咬口器类似于安装在采样亭外壁的塑料短管。被测人员将其包含在内，相当于为采样拭子配备了瞄准器。机械臂的前端可以沿着中空管道直接进入，并对暴露的喉咙进行视觉分析和采样。

当然，也有更简单的设计。江苏省江阴富仁高科技有限公司的产品用一次性纸杯代替咬口器，被测人员咬。

参与核酸取样机器人研发的林元告诉《南方周末》，咬口机通过物理方式将测试人员限制在一定范围内，从技术角度看，它相对广泛，不智能，属于人类合作机器。但为了尽快进入市场，这种设计也是必要的。目前，他和他的团队正在研究更智能的解决方案，使机器能够通过面部识别和语音指导与人合作，并自动调整人体的晃动。

事实上，核酸取样机器人并不是什么新鲜事。2020年，日本机器人巨头川崎重工业有限公司与Systemcoperation合作开发了核酸检测机器人系统。该系统由鼻拭子取样、PCR检测和医疗护理三部分组成。其中，鼻拭子取样部分由医生遥控操作的duaro2配合机器人进行，被测人员也可以通过机器人上的屏幕与医生交谈。

国内核酸取样机器人在新冠肺炎疫情爆发时就出现了。2020年3月，沈阳自动化研究所与广州医科大学第一附属医院共同完成了智能机器人咽拭子取样解决方案，并在沈阳进行了试样。当时，命名为灵彩的取样机器人安装在汽车上，由远程遥控器在电脑屏幕上瞄准取样区域。

谁在购买采样机器人

目前，许多机器人大白已受到地方政府和防疫部门的欢迎。

2021年1月，第二代灵采出现在沈阳所有核酸检测中。与第一代灵采相比，迭代产品采用封闭箱体结构，医务人员操作机械臂，通过屏幕与被测人员沟通。据《贵州日报》报道，2022年6月中旬，贵州省第一个灵采已在毕节市第三人民医院投入使用。最新版本的产品已经无需人工干预。

与大多数仍处于调试阶段的新一代采样机器人相比，北京博奥晶典生物技术有限公司（以下简称博奥晶典）的轻骑兵新冠病毒核酸检测移动实验室是早期商业应用的成熟产品，携带核酸采样机械臂。

本产品外观为轻型客车，部分车型配备清华大学机械工程学院开发的机械臂。车内医护人员控制机械臂瞄准取样区域，点击按钮，机械臂按照事先规定的动作从侧窗取样。

博奥晶体工作人员向南方周末记者介绍，机械臂和负压设计车身的价值在于保护采样人。当采样人面对比新冠军更危险的病毒时，他们可以得到更多的保护。工作人员还强调，与机械臂相比，轻骑兵的亮点主要是快速检测。通过车上的全集成芯片实验室系统，可以在45分钟内完成从采样到阳性报告的全过程。整个实验室系统集成在轻型卡车上，兼顾了轻便性和机动性。目前，轻骑兵已应用于西南山区和边防地区。

此前，清科佳研究院还在媒体报道中表示，自产品研发以来，先后接到政府机关、疾控中心、高校等询价采购代理电话。

中国科学新松智能制造部主任潘春告诉《南方周末》，一个较大的取样点需要四名医疗保健人员。如果两班倒，劳动力成本不小，这部分费用可以被机器人取代。目前，多可取样亭已在上海浦东、徐汇、静安等地进行定点测试。

对于产品定价，中科新松表示尚未正式确定，尚未达到报价步骤。我们的初衷是为社会服务，减轻医务人员的负担。

林元说，他参与的取样机器人是为核心部件量身定做的。虽然复杂性很高，需要不断调试，但报价可以控制在100万元以内。一些取样机器人的价格相对较高，因为它们使用了现成的解决方案，比如在工业装配线上使用机器人。事实上，取样工作并不那么复杂，有些人用牛刀杀鸡。

如何实现全自动采样

用机器人代替人类医生是科幻小说中唯一的场景，也是医疗机器人行业的最高追求。从某种意义上说，最近出现的自动核酸取样机器人无意中完成了这一飞跃。

要充分实现机器更换的目标，自动采样机器人首先需要眼睛。

上海一家机器人公司的一名研究人员告诉南方周末，在设计核酸取样机器人的视觉识别系统时，该公司动员员员工进行咽部照片取样，并获得了5000多个样本。研究人员说，不同的人员和拍摄角度显示了不同的咽壁，有些人生气，有些人根本没有扁桃体。研发团队在每张照片上标记扁桃体和咽壁的位置，让机器学习，直到准确识别取样区域。

另一种技术是与安全密切相关的力控系统。

为了保证机械臂在采样过程中的安全，研发团队首先设置了机械臂的安全工作范围——成人约12厘米，儿童较短。此外，在采样过程中，采用力控技术实时感知采样强度。经过多次验证，采样强度控制在0.2-0.3牛之间，对于动作精度控制能达到0.02mm的机械臂来说并不难。这样既保证了采样的准确性，又保证了采样人员的舒适性，实现了轻柔采样。

林元说，核酸取样的标准文件——《新冠病毒核酸取样培训计划》和《医疗机构新型冠状病毒核酸检测工作手册（试行第二版）》只规定了取样的一般区域和技术，没有提到力的大小。在设置机械臂的强度时，他们参考了第一代聪明机器人的临床研究成果。

南方周末记者注意到，上述临床研究成果发表在2020年8月的《欧洲呼吸杂志》上。研究人员用四种不同的力量操纵机器人对受试者进行取样。结果表明，力在20到40克之间是最好的。同时，受试者报告喉咙痛等副作用的情况相对较少。因此，建议用40克的力量取样。

北京大学计算机学院教授黄铁军告诉《南方周末》，人工智能现在可以实现核酸取样机器人所需的机器视觉能力，这不是一项神秘的技术，但它不能100%相信机器视觉。他建议可以设置一种验证手段，识别错误的视觉识别结果，然后移动镜头，改变角度。机械臂在确认高情况下，机械臂将继续工作。

中国科学院计算技术研究所教授山世光也告诉《南方周末》，只要收集了足够的数据，视觉识别就不难做到。为了提高数据采集水平，我们应该考虑如何捕捉摄像头，如何照亮口腔，如何操作不当和误触镜头。

为了解决照明问题，上海公司的团队在机械臂上集成了一个常亮光源。光源产生的热量可以同时解决镜头的除雾问题。为了解决每次取样后检测亭内过氧化氢喷雾消毒导致摄像头寿命缩短的问题，研究小组选择了一台防雾工业相机。为了固定被测人的口腔，防止舌板不适，团队还改进了三个版本的咬口口径和长度，并进行了定制生产。

2021年1月13日，沈阳灵采咽拭子取样机器人出现在核酸检测点，医护人员正在检查机器人取样情况（人民视觉/图片）

等待医疗器械许可证的批准

就像自动驾驶根据智能程度分为L1到L5一样，医疗机器人学界也提出了自动分级的标准。2021年12月，伦敦帝国理工学院教授、子刊创始人之一杨广忠在《科学》杂志子刊《科学机器人学》创刊号上提出将医疗机器人按自动化程度分为六个等级。

其中，最低0级没有自动化，机器人的动作完全由操作员的意愿控制。目前，世界上应用最广泛的手术机器人达芬奇属于这个水平。最高水平为5级，机器人可以在无监督的情况下独立完成手术。目前，国内外研究团队已自动机器人的动物实验，但市场上没有相关产品。

从远程遥控到无人监督的自动操作，取样机器人似乎与手术机器人的进化路径非常相似。然而，正如林元所说，核酸取样只是接触体表，不像手术机器人切除人体组织，处理出血，缝合伤口，取样机器人不适合杨广中提出的手术机器人分类。

由于棉签插入鼻腔是一种医疗行为，取样机器人需要获得医疗设备认证才能投入使用。在川崎重工业有限公司开发核酸检测机器人系统后，日本神户市市长在2020年6月的新闻发布会上明确表示，我们在获得医疗认证之前永远不会投入使用机器人。

一位医疗行业经纪分析师告诉《南方周末》，由于采样机器人已经触及了人们的敏感部位，它通常应该属于三种医疗设备。此前，少数手术机器人产品通过了创新医疗设备的审查，并通过了绿色通道。然而，审查只针对具有重大创新和解决疾病需求的设备，个人觉得核酸采样机器人更困难。

在国家药品监督管理局医疗器械注册证数据库中，南方周末记者搜索了机器人，未发现与核酸取样有明显相关的产品。

一些受访企业表示，他们的产品从设计阶段就与当地政府保持了沟通，目前正在等待医疗器械许可证的批准。但由于没有先例，卫生委员会层面还没有确定几种设备。

上述上海制造商表示，产品原型机制造后，将首先在工厂试用，已迭代到第三代，正在等待医疗器械相关许可证的批准。

在等待审批的过程中，企业已开始制定核酸取样机器人的行业标准。潘春表示，中国科学新松和上海电气科学院刚刚制定了取样机器人的企业标准，以规范其产品的设计和生产。接下来，上海电气科学院将带领行业专家讨论核酸取样机器人的集团标准。