作者:周佩滢 来源:科学网微信公号 发布时间:2022/1/30 20:30:17
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同济“青椒”带队!国内首款无针注射机器人研发背后的故事

 

作者 | 周佩滢

日前,一名同济大学的青年科学家和团队研制出国内首款自主智能无针疫苗注射机器人。此消息一出,很快在微博话题阅读量破亿,“消除恐针”“自动无接触”“安全性”……这项紧密贴近应用的最新研究成果引发了大量关注与讨论。

在全球疫情依然严峻,国内疫情单点多发的形势下,无针疫苗机器人的应用场景多元,市场潜力较大。主导这项研究的同济大学副教授齐鹏告诉《中国科学报》,目前研究团队的合作方已经接洽北京科兴生物制品有限公司,正在推进临床试验,进一步投入生产市场。

一枚“青椒”如何带领团队做出这样的成果,又是如何将科研与产业紧密结合的?兼具青年科研人员和科创团队带头人双重身份的齐鹏,向《中国科学报》讲述了这项研究背后的故事。

不用针头是怎么打针的?

这款机器人在给人打针时,可以完全自主工作,而且是以无痛且无针头的方式完成注射。其通过精准的人体三维模型识别算法,利用三维点云相机对人体进行拍摄,即可快速自动拟合完整的人体三维模型。

人体模型由数千个特征点组成,每一个点对应人身上一个特定部位。通过指定该特征点或特征点的集合,机器人可快速准确定位疫苗注射部位。

机器人的无针注射部分通过高压水柱,把药液注射到肌肉中。水柱非常细,因此几乎无痛,药液在皮下或肌肉组织呈弥散状分布,更广泛的分散增加疫苗接触皮下或肌肉组织的表面积,齐鹏表示,以这种方式接种疫苗后,人体的免疫应答增强,同时也能有效预防病毒交叉感染。

注射机器人研发前后仅用了不到半年时间,但齐鹏依然很遗憾,因为他们没有抢到全球第一。2021年11月,一家在加拿大滑铁卢大学孵化的初创公司Cobionix拔得头筹,宣布研制出全球首款能注射疫苗的机器人——Cobi,其能以自主、无痛且无针头的方式注射疫苗。

不过,虽然时间上被加拿大抢先月余,但齐鹏团队的机器人在技术稳定性上更具优势:成熟的无针注射,精确的位置锁定和力控等。

“现在要产业化就必须面临市场选择,如果市场对你这个东西不认可,最后这些产品也会放那落灰。”现在,齐鹏有着另一番格局,“既然有别国已经在做了,就可以先让他们为市场探路,培养一下大家的认同感。”

同时他也认为,技术只有在开放中才能不断进步。“一个产品领域不可能由一家进行垄断,不断推出具有竞争力的成果,目光长远,参与市场迭代,才能经得住时代考验。”

无针疫苗机器人不仅可以大大减少医护人员的工作量,而且可以避免有针注射可能造成的断针、划伤等风险,减少医疗废料的产生。在场景上,机器人结合疫苗接种车便可移动接种,避免聚集交叉感染的风险。在军事化或不可抗力的紧急自然灾害情况下,也能大幅度节约黄金时间。

找准赛道:将研究与临床医学结合

这款无针注射机器人名叫“后羿”。齐鹏说,这一名字蕴含着两重含义:“后羿”是世界进入后疫情时代的“后疫”;“后羿”的操作也像神话中的射日英雄一样,有效而准确地实行疫苗注射。

其实在“后羿”之前,齐鹏团队还设计研发了一款自动扎针静脉采血机器人。2020年,疫情刚刚开始,医疗系统压力陡增,医护人员人手不足。身在武汉的一线医护人员穿着厚重的防护服,戴着双层手套与经常起雾的眼罩,扎针找血管成了棘手的问题。

“当时就想着解决这个实际问题,”齐鹏说,当时同济大学的学生们还在家中,他迅速组织了一批当时尚未开展课题的同济大学高年级优秀的本科生,“同学们都很有时代情怀,很多人都积极参加”。他们来自智能制造、控制、机械、软件、设创、电子、医学等多个不同专业,通过将专业知识融合贯通,共同解决技术难题。

就是这样一个年轻化、多样化、跨学科的高校团队,在一年多的时间内坚持攻坚克难,完成了国内静脉采血机器人的“从0到1”,参加了第三届中国国际进口博览会双创成果展出。获得了2020年上海市产业青年创新大赛金奖、第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛上海市赛金奖等众多奖项。

而“后羿”能够应时问世,也有齐鹏一直将研究与临床医学结合的原因。2012到2015年,在伦敦大学国王学院攻读博士期间,齐鹏就从事与临床医学使用紧密结合的医疗机器人研究,帮助医生开展工作。当地著名的几所大型医院都是伦敦大学国王学院的附属医院,其实验室的研究与医疗临床密切相关。

齐鹏是一个赶上“医工结合”趋势的行动派。回国后他来到上海,在当地营造的科技人才环境中迅速找到了发展平台,赶上了医疗机器人在国内发展的热潮。他继续将研究对接业界,联合了中国心血管医生创新俱乐部(CCI),即复旦大学附属中山医院葛均波院士发起的医工交叉创业平台。

把半个朋友圈都请来讲课

齐鹏是一位典型的理工男,他先后在北京交通大学、瑞典皇家工学院、英国伦敦国王学院和新加坡国立大学,完成了本科、硕士、博士和博士后学业。

他从硕士阶段开始专攻机器人学相关知识,当时他在瑞典皇家工学院,师从著名机器视觉科学家德妮克·克拉吉奇(Danica Kragic)教授;在博士阶段,他作为国家公派留学生,到英国伦敦国王学院学习,更是聚焦在医疗机器人领域。

2016年回国后,齐鹏加盟了在工科方面有特色和优势的同济大学。

“虽然我们身处高校,可能与企业、工业生产有所不同,但我们也正努力发挥双方互补的优势。与企业合作,经过产学研一体化,投入产品应用才能走得更远。”从静脉采血机器人到无针注射机器人,对齐鹏来说也是一种产学研合作共创的传承与互补。

为了开发能够成熟对接市场的技术,研究无针机器人时齐鹏选择与产业方向团队进行合作。“我们有医生,有工程师,有企业界的人,还有一些医疗流程审批的政策制定者,我们可以交流研究,把我们这些科研成果从实验室去转向临床应用,去转向真正的产品。”

以高校为依托的科研在传承上更有连续性,可以持续不断深耕,相比之下,企业工程师则在成果的产业化上更具优势,但连续性不足。作为高校教师,齐鹏希望学生在高校里的研究可以与理论学习相促进,对成果转化没有强制要求,因此校企科研间关系互为依托,相互结合,也是一种开放的思路。

“产学研应当一体化。”齐鹏说。据学生分享,齐老师曾把他的半个朋友圈都请来讲课授业,分享前沿科研成果与经验,解答学生疑惑,如机器人和医疗图像识别算法方面的学术大咖,科技公司的技术经营以及临床专家医生等。

实际上,尽管产品原型做出来了,但是要在临床上应用进而变成常规的医疗设备,则是一条十分考验耐力的长路,困难挑战不会少,包括技术上还需要打磨,需要专业性很强的专业团队来推进后续的步骤,需要经费支持,需要制度设计等。

 
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