达芬奇机器人系统：革新医疗手术的利器

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：目前看来，一个可以做到灵活操控的复杂系统，一定会包含一个类似人体的上半身、一个头部和两条手臂。美国航空航天局的科学家开发了一种名为“达芬奇”的机器人系统，利用远距临场的技术，帮助医生进行手术。至今为止，全球已经超过2000台“达芬奇”投入临床应用之中，尤其在泌尿科和妇科受到重用。因为骨盆区域不仅空间狭小，还有尿道和大量敏感的神经束通过，稍不留神，就会造成手术过程中的二次伤害。

虽然能够陪伴老人的家用机器人尚未普及到家庭，但是一些发达地区的养老院已经引进护理机器人，承担陪同、接送等任务，也有一部分输入卧床不起的病人家中，担任护工的角色。但这仅仅是个例，像从冰箱里取出水果、捡起掉在地上的书、加热并端来饭菜这类简单的家务，它们仍然无法胜任，或者说，这类机器人仍然处于研发阶段。

美国航空航天局和德国航空航天中心，都在研制具有人类上半身和纤巧双手的系统。德国航空航天中心研制的机械手臂具有相对较轻的结构，自身重量为14千克，可以在100瓦电压的驱动下行进，通过调整各个关节的扭力矩^[3]，使这些机械臂获得任何程度的柔韧性，能够完成对于机器人来说较为复杂的操作，比如冲泡一杯香浓的咖啡。目前看来，一个可以做到灵活操控的复杂系统，一定会包含一个类似人体的上半身、一个头部和两条手臂。机器人的运动底盘一般有两种形式，一是万向底盘，即从站立点开始，可向任何方向运动；另一种形式跟人类相同，拥有一双可以行走、跳跃的腿。这两种底盘各有利弊，万向盘的制作相对简单，运动也更快捷、灵敏，但是很难克服台阶这种高度差的存在；与人腿相似的构造虽然能够轻松跨越台阶，但远不如万向盘更加自如。

也许会出乎许多读者的意料，应用较为广泛的领域却是需要精细要求的医学领域。以前，只有拥有丰富经验的主治医师才能操刀，现在，机器人只需要借助各种辅助医疗设备，即可参与手术。机器人可以借助三维成像技术，使用一条小型机械臂即可在完全无抖动的情况下插入探针，在一个可能只有几毫米大小的脑瘤上完成取样。机器人所能达到的精度，世界上最好的外科医生都望尘莫及。培养这样一个外科医生，需要数十年的工作经验和一些难以避免的失败案例，而且不管一名医生多么优秀，也不敢信誓旦旦保证自己绝对不会犯错。此举不仅造福了病人，也减轻了医生的负担。一些医院的脑外科和骨科已经开始使用一种单臂机械手，用激光进行十分精准的超薄切割，产生的伤口不足一毫米，患者在术后更容易得到恢复。

美国航空航天局的科学家开发了一种名为“达芬奇”的机器人系统，利用远距临场的技术，帮助医生进行手术。至今为止，全球已经超过2000台“达芬奇”投入临床应用之中，尤其在泌尿科和妇科受到重用。因为骨盆区域不仅空间狭小，还有尿道和大量敏感的神经束通过，稍不留神，就会造成手术过程中的二次伤害。美国急性前列腺手术中，大约有85%的手术由“达芬奇”机器人系统完成，全球范围内，该机器人系统每周完成约一万例手术。

■“达芬奇”手术机器人的尖端刀头部分，它可用于创口小于1厘米的微创手术

相对医院，普通人可能更关注自动驾驶汽车领域，毕竟没人希望得病。每过一段时间，都会听到一些关于自动驾驶汽车的新闻。国际汽车工程师协会定义了关于自动驾驶的五个阶段：第一阶段，包括自适应巡航系统、车道保持系统等类似系统；第二阶段，系统整合了第一阶段的技术，从而实现更复杂的自动驾驶任务；第三阶段，系统允许驾驶员在特定场景中切换到自动驾驶状态；第四阶段，系统可以处理所有与驾驶相关的任务，但是使用场景严格限定在封闭的地下停车场或者高速专用通道；第五阶段，就是人们所设想的那种自动驾驶，开车上路，你可以在车内看书、看电影，就跟乘坐火车一样，享受旅途就好了。目前市场上销售的自动驾驶汽车仅能达到第一阶段，实验室中科学家们已经在逼近第三阶段，但距离自动驾驶汽车上路还有很长一段时间。

自动驾驶汽车车身周围安装有数架摄像头，基于它们所产生的视野，可以即时生成描述周围环境的点阵图，根据算法选择有限路径，躲避拥堵路段和撞击。自动驾驶汽车一般设有两种操作模式：一是通过操纵杆发送指令，或者远程遥控；二是通过“路径规划”，预先设置路径，接下来交给汽车驾驶系统自由发挥。未来的人们也许不会再购买汽车，更不需为找车位发愁、为罚单担忧，人们可以随时通过手机下单，自动驾驶汽车会布满所有停车场，接到任务之后，会分配就近的车辆前往。当你使用完毕，汽车会自己驶入就近泊车位，实现资源和人力的双重节约。

■1949年5月《大众科学》杂志封面。该图描绘了火箭携带人造卫星升空的概念

达芬奇机器人系统：革新医疗手术的利器

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