美國《紐約時報》網(wǎng)站4月30日發(fā)表題為《機(jī)器人外科醫(yī)生現(xiàn)在將給你看病》一文，全文摘編如下：
達(dá)尼亞爾·費(fèi)爾博士坐在距離一臺長臂機(jī)器人數(shù)英尺遠(yuǎn)的凳子上，手握著他胸口附近的兩個金屬手柄。
當(dāng)他將手柄上下左右移動時，機(jī)器人也用自己的雙臂模仿著每一個小動作。然后，當(dāng)他把拇指和食指捏在一起時，機(jī)器人的一只細(xì)小手爪也做了幾乎同樣的動作。像費(fèi)爾博士這樣的外科醫(yī)生長期以來就是這樣用機(jī)器人給患者做手術(shù)的。他們能夠坐在一個電腦控制臺前，為房間另一邊的患者切除前列腺。
令人興奮的時刻
但在這一簡短的演示之后，費(fèi)爾博士和他在加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的同事們展示了他們希望如何向前推進(jìn)這一尖端技術(shù)。費(fèi)爾博士松開了手柄，一款新的電腦軟件接手了控制權(quán)。在他和其他研究人員的注視下，機(jī)器人開始進(jìn)行完全自主運(yùn)動。
這臺機(jī)器人用一只手爪把一個小塑料環(huán)從桌子上一個同樣小的掛鉤上抓起，隨后用另一只手爪接過這只塑料環(huán)。接下來，這只手爪移動到桌子另一邊，小心翼翼地將塑料環(huán)掛到新的掛鉤上。后來，機(jī)器人又用另外幾個環(huán)做了同樣的事情，它完成任務(wù)的速度與在費(fèi)爾博士指導(dǎo)下一樣快。
這種訓(xùn)練最初是為人類設(shè)計的；外科醫(yī)生通過把環(huán)從一個掛鉤轉(zhuǎn)移到另一個掛鉤上，學(xué)習(xí)操作像加利福尼亞大學(xué)伯克利分校這臺機(jī)器人一樣的機(jī)器人。伯克利團(tuán)隊的一篇新研究論文說，現(xiàn)在，一臺進(jìn)行這一測試的自動化機(jī)器人在靈活性、精確度和速度方面都能與人類匹敵，甚至超過人類。
該項目是將人工智能引入手術(shù)室的更廣泛努力的一部分。利用自動駕駛汽車、自動駕駛無人機(jī)和倉庫機(jī)器人所依賴的許多技術(shù)，研究人員也在致力于外科手術(shù)機(jī)器人的自動化。這些方法距離日常使用還有很長的路要走，但進(jìn)展正在加快。
在學(xué)界被稱為“手術(shù)機(jī)器人之父”的約翰斯·霍普金斯大學(xué)教授、前國際商用機(jī)器公司（IBM）研究人員羅素·泰勒說：“這是一個令人興奮的時刻。這是我20年前希望我們能變成的樣子?！?/span>
這樣做的目的不是讓外科醫(yī)生離開手術(shù)室，而是通過令手術(shù)的某些階段自動化，來減輕外科醫(yī)生的負(fù)擔(dān)，甚至還可能在有改進(jìn)余地的地方提高手術(shù)成功率。
機(jī)器人在某些手術(shù)中的準(zhǔn)確率已經(jīng)超過人類，比如將一根針插入骨頭中（在更換膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)時，這是一項風(fēng)險尤其大的任務(wù)）。人們希望，自動化機(jī)器人能提高切口或縫合等其他任務(wù)的精確度，并降低勞累過度的外科醫(yī)生面臨的風(fēng)險。
尚難完全自動化
約翰斯·霍普金斯大學(xué)計算機(jī)科學(xué)家格雷格·黑格在最近的一次電話通話中說，手術(shù)自動化將進(jìn)展得很像是自動駕駛軟件——在他說話的時候，這一軟件正引導(dǎo)著他的特斯拉汽車行駛在新澤西州的收費(fèi)公路上。他說，那輛車正在自動駕駛，但為了以防萬一，他的妻子仍然把手放在方向盤上。
黑格說：“我們無法實(shí)現(xiàn)整個過程的自動化，至少在沒有人類監(jiān)督的情況下是如此。但我們可以開始打造自動化工具，讓外科醫(yī)生的工作稍微輕松一點(diǎn)?！?/span>
五年前，位于華盛頓特區(qū)的國家兒童衛(wèi)生系統(tǒng)的研究人員設(shè)計了一臺機(jī)器人，可以在手術(shù)中自動縫合一頭豬的腸道。這是朝著黑格博士設(shè)想的未來邁出的一大步。但它后面加上了一個注腳：研究人員在這頭豬的腸道中植入了微小的標(biāo)記物，這些標(biāo)記物發(fā)出了近紅外光，幫助引導(dǎo)了這臺機(jī)器人的動作。
這種方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?qū)嵱?，因為?biāo)記物不易植入或移除。但近年來，人工智能研究人員大幅提高了計算機(jī)視覺能力，這可以讓機(jī)器人在沒有此類標(biāo)記物的情況下自行完成手術(shù)任務(wù)。
這種變化是由所謂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所驅(qū)動的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種數(shù)學(xué)系統(tǒng)，能夠通過分析大量數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)技能。例如，通過分析成千上萬張貓的照片，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)會識別一只貓。以差不多同樣的方式，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可以通過外科手術(shù)機(jī)器人拍攝的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)。
手術(shù)機(jī)器人配備了攝像頭，可以記錄每臺手術(shù)的三維視頻。視頻源源不斷地傳入取景器，外科醫(yī)生通過取景器、從機(jī)器人的視角引導(dǎo)手術(shù)。
但后來，這些圖像也提供了一份詳細(xì)的路線圖，顯示手術(shù)是如何進(jìn)行的。它們可以幫助新手外科醫(yī)生了解如何使用這些機(jī)器人，還可以幫助訓(xùn)練機(jī)器人獨(dú)自完成任務(wù)。通過對外科醫(yī)生如何引導(dǎo)機(jī)器人的圖像進(jìn)行分析，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)同樣的技巧。
伯克利的研究人員正是以這種方式努力使他們的機(jī)器人自動化，這臺機(jī)器人是以達(dá)芬奇外科手術(shù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的——該系統(tǒng)是一款有兩只手臂的機(jī)器，每年幫助外科醫(yī)生完成100多萬臺手術(shù)。費(fèi)爾博士和他的同事收集了機(jī)器人在人類控制下移動塑料環(huán)的影像。然后，他們的系統(tǒng)會從這些影像中學(xué)習(xí)，準(zhǔn)確找出抓取塑料環(huán)、在手爪之間傳遞、然后把它們移動到新掛鉤上的最佳方式。
但這個過程也得加上自己的“注腳”。當(dāng)系統(tǒng)告訴機(jī)器人移動到哪里時，機(jī)器人往往會以幾毫米的偏差錯過該地點(diǎn)。由于經(jīng)年累月的使用，機(jī)器人雙臂內(nèi)的許多金屬電纜已經(jīng)有了一些輕微的拉伸和彎曲，因此它們的動作達(dá)不到所需要的精準(zhǔn)度。
人類操作員可以在不經(jīng)意間彌補(bǔ)這一點(diǎn)。但自動化系統(tǒng)則做不到。這是自動化技術(shù)往往存在的問題：它難以應(yīng)對變化和不確定性。自動駕駛汽車還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有普及，因為它們還沒有靈巧到足以應(yīng)對日常生活中所有混亂場景的地步。
對未來影響深遠(yuǎn)
伯克利的團(tuán)隊決定建立一種新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對機(jī)器人的錯誤進(jìn)行分析，并了解它每天會比前一天失去多少精準(zhǔn)度。該研究團(tuán)隊的博士生布里金·塔南杰揚(yáng)說：“它能知悉機(jī)器人關(guān)節(jié)是如何隨時間演變的?！币坏┳詣踊到y(tǒng)能夠應(yīng)對這一變化，那么機(jī)器人就可以抓住并移動塑料環(huán)，從而與人類操作員的表現(xiàn)相媲美。
其他實(shí)驗室則在嘗試不同的方法。約翰斯·霍普金斯大學(xué)的研究人員阿克塞爾·克里格曾在2016年參與前述豬腸道縫合項目，他目前正致力于使一種新型機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)自動化，這種機(jī)械手臂的可活動部件較少，而且比伯克利團(tuán)隊使用的那種機(jī)器人表現(xiàn)得更穩(wěn)定。伍斯特工學(xué)院的研究人員正在研究如何能讓機(jī)器在外科醫(yī)生完成特定任務(wù)時細(xì)致地引導(dǎo)他們的手，這些任務(wù)包括為癌癥患者進(jìn)行穿刺活檢以及進(jìn)行大腦腫瘤移除等。
其中一名研究人員格雷格·菲舍爾說：“這就好比一輛汽車，它可以自主跟隨車道，但駕駛員仍然控制著油門和剎車。”
科學(xué)家們指出，前進(jìn)道路上還有許多障礙。移動塑料環(huán)是一回事；切開、移動和縫合皮肉則是另一回事。得克薩斯大學(xué)奧斯汀校區(qū)的副教授安·馬耶維奇·菲就提出疑問：“當(dāng)攝像頭角度變化時會發(fā)生什么？如果有煙霧阻擋會發(fā)生什么？”
在可預(yù)見的未來，自動化將與外科醫(yī)生一起工作，而不是取代他們。但費(fèi)爾博士說，即便如此，也可能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。例如，醫(yī)生可以進(jìn)行跨度遠(yuǎn)超手術(shù)室寬度的外科手術(shù)——進(jìn)行數(shù)英里以外或更遠(yuǎn)地方的手術(shù)，或許還能幫助遙遠(yuǎn)戰(zhàn)場上的受傷士兵。
但信號滯后是個大問題，以至于目前還無法實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想。但是，費(fèi)爾博士說，如果機(jī)器人能夠獨(dú)自完成至少一部分任務(wù)，那么遠(yuǎn)程手術(shù)就有可能可行?！澳憧梢园l(fā)送一項高層計劃，然后機(jī)器人可以實(shí)施它。”
同樣的技術(shù)對于更遠(yuǎn)距離的遠(yuǎn)程手術(shù)也是必不可少的。他說：“當(dāng)我們開始給位于月球的人員做手術(shù)時，外科醫(yī)生將需要全新的工具。”
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