In vivo feasibility study of humanoid robots in surgery
本文通过台面实验、干实验室及在体猪实验，对当代用于腹腔镜手术的人形机器人进行了系统性评估，在证明其技术可行性的同时，也指出了在临床部署前必须克服的关键精度与安全性挑战。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一个机器人不再是轮式方块机器，而是拥有像人类一样的外形和动作的世界。它们可以像人一样行走、伸手和抓取物品。长期以来，这只是科幻小说中的梦想，但现在，工程师们正试图将这些“类人”机器人投入到最令人心惊胆战的地方：手术室。
核心问题在于，这组研究人员提出的问题非常简单：一个旨在完成多种任务的通用型机器人，真的能像人类医生那样进行精细的手术吗？
为了验证这一点，他们并没有仅仅靠猜测；他们让一个名为 Unitery G1 的机器人通过了一系列测试，从工作台开始，进入模拟实验箱，最后在活体猪身上进行了真实手术。
实验设置：带有新颖设计的机器人外科医生
通常，当我们想到机器人手术时，脑海中浮现的是 达芬奇手术系统（da Vinci Surgical System）。那是一台专门为手术设计的机器，其机械臂会固定到位以保持工具稳定。它就像一辆定制的赛车。
但这个团队想要看看一台“普通”机器人是否也能胜任这项工作。他们搭建了一个远程操作系统，人类外科医生坐在控制台前，佩戴 3D 头显并手持控制器。机器人模仿外科医生的手部动作。难点在哪里？他们使用了标准的常规腹腔镜器械——即人类医生手中拿的那种，而不是专门为机器人设计的工具。机器人必须学会如何握住这些工具，并在患者腹部的一个微小孔洞（称为穿刺器/trocar）周围进行旋转。这个旋转点被称为远程运动中心（RCM）。
第一级：工作台（台面测试）
首先，他们在桌子上对机器人进行了测试。他们想看看机器人是否能到达正确的部位并实现精准移动。
- 触及范围： 他们发现机器人能够触及必要的区域，但其“工作空间”（它可以安全工作的区域）有点像一个随机器人站位而改变形状的圆锥体。如果机器人站得离患者太近，它的触及能力就会下降。
- 精准度： 当被要求画一条直线时，机器人的表现相当不错，误差约为 1.30 ± 0.03 毫米。但当被要求画一个圆时，它表现得有些吃力，偏离完美曲线约 10.40 ± 1.32 毫米。
- 延迟： 外科医生移动双手与机器人做出反应之间存在延迟。延迟时间约为 156 毫秒。虽然这听起来很快，但对于精细手术而言，与反应更加灵敏的达芬奇专用机器人相比，这是一个明显的滞后。
第二级：练习箱（干实验室）
接下来，他们引入了人类志愿者：18 人（6 名外科医生和 12 名初学者）来玩一个游戏。他们需要使用三种不同的方法，将橡胶圈和木桩从一个地方移动到另一个地方：
- 类人机器人
- 专业手术机器人 (dVRK)
- 人手（手动）
结果如下：
- 初学者： 专业机器人是绝对的赢家，它在约 45 秒内完成了任务，且极少出错。类人机器人耗时较长（初学者用时 89 秒），但它比人类用手操作时的错误更少。
- 专家： 外科医生在所有项目中都表现出色，但他们仍然更倾向于使用专业机器人以提高速度。有趣的是，外科医生在使用类人机器人时犯的错误最少，这表明只要具备足够的技能，人类可以很好地引导机器人。
结论是什么？机器人的表现优于人类手动操作，但目前还不如专业手术机器人那样快速或流畅。
第三级：实战演练（活体猪手术）
这是最关键的一步。团队在猪身上完成了两次活体腹腔镜胆囊切除术。
- 任务： 机器人必须像人类外科医生一样进行切割、夹闭和剥离组织。
- 结果： 两场手术都成功完成了！机器人没有因为需要切换到人类医生或进行开腹手术而被迫停止。它成功地分离了组织，找到了“安全视野的关键步骤”（这是避免误切组织的至关重要步骤），并夹闭了胆管。
- 速度： 在第一例手术中，外科医生控制机器人进行主动操作的时间约为 56 分钟；第二例约为 31 分钟。第二例更快，是因为团队学会了如何更好地设置机器人。
- 小故障： 它并非完美无缺。由于猪在呼吸以及机器人发生漂移，机器人不得不因重新校准或移动而出现“重大停顿”（超过 3 分钟）。此外，还有为了清洁摄像机而产生的“微停顿”（低于 1 分钟），这在人类操作中也是正常现象。
机器人的能力边界
论文对此给出了非常明确的说明：
- 它是可行的： 一个通用的类人机器人可以执行复杂的手术。他们证明了这在活体动物身上是行得通的。
- 它尚未准备好用于人类： 论文明确指出，虽然该机器人“在技术上是可行的”，但它尚未达到“临床就绪”的标准。
- 机器人需要更快、更精准。
- “延迟”问题需要解决。
- 机器人需要能够在不损坏传感器的情况下保持无菌状态。
- 机器人需要能更自由地移动，而不需要频繁重新校准。
最终结论
可以将这个类人机器人想象成一名非常有天赋的学生飞行员。它能驾驶飞机、降落并穿越风暴，但它仍然需要一名人类教官在旁边指导，并且与专业飞行员（专业手术机器人）相比，它的动作还有些摇晃。
作者建议，如果我们能解决延迟问题，提高机器人的力量和运动范围，并使其更容易保持清洁，这些机器人未来有望解决资深外科医生短缺的问题。但就目前而言，它们只是一个充满前景的原型机，而非手术室的替代品。从“酷炫机器人”向“安全外科医生”的进阶之路仍在进行中。
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