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复旦研发人机融合控制消毒机器人实战演练达预期效果
疫情防控期间,多个场合大量的消毒工作给消毒人员带来了潜在风险。如何最大限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?机器人提供了一个可行的选择。
近日,复旦大学科研团队成立了消毒机器人攻关小组,三天完成方案和图纸设计,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,该消毒机器人样机可实现自主无障碍行走,自动消毒,效果和应用前景都得到了初步认可。
“就像打枪一样,指哪儿打哪儿。”对于消毒机器人的工作原理,复旦大学工程与应用技术研究院(以下简称“工研院”)副院长、此次消毒机器人公关组组长甘中学解释,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管理系统,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?这样的一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,控制端不能离开一些范围,没办法实现长距离控制。
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,就能控制。2月12日,在新金博大厦进行的喷洒测试中,从同楼层到相差十几楼,在不同位置都可以在一定程度上完成对机器人的远程监控。
如果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,无法自动停止怎么办?在软件调试阶段,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”小车就会自动停止。
然而现有机器人产品大多是基于二维的激光或超声导航,检测高度始终如一。“这一高度检测到是墙,就默认四周都是实墙,若墙体刚好缺一块,是检测不到的。”研究人员解释,若发生故障,可能因无法控制而产生安全事故。
因此,攻关小组此次研发了人机融合控制模式下的消毒机器人。在人机融合控制模式下,机器人自主运动的同时,控制端不但可以实时看到它所“看”到的,还能监控它的状态,一经发现故障,能控制或切断它,甚至及时帮助它、优化它。
测试发现,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。“病房里的情况相对来说比较复杂,一是病人离开后立马需要对其病床周围区域做消毒,二是病床间的距离比我们预计的要窄。”攻关小组研究院齐立哲说:“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“可完全达到院方的预期”。
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数据库?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。
据介绍,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“UVLED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。同时,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。
“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。中山医院也表示,“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。”