师:同学们,今天我们学习第三课时——设计智能医疗机器人。首先解决第一个问题:什么是机器人?机器人是指自动执行工作的机器装置,其定义不要求具有人形,它可能是一条机械臂、一台无人机、一台轮式载具,甚至可能是一台庞大但不能移动的机器。
机器人的控制方式,既可以接受人类指挥,也能运行预先编排的程序,还能依据以人工智能技术制定的原则纲领行动。机器人的种类划分方式多样,按控制方式分,有手动控制和自动控制,区别在于是否需有人直接参与;按决策方式分,有以下几种:
第一种,示教在线型机器人,通过引导等方式先教会其动作、输入工作程序,它便自动重复作业,像跳舞机器人、遥控格斗机器人。
第二种,感觉控制机器人,利用传感器获取的信息判断并控制动作,例如产品分拣机、感应自动门。
第三种,智能型机器人,带有多种传感器,能进行复杂的逻辑推理、判断及决策,在变化的内外部环境中自主决定自身行为。
接下来了解智能机器人的结构,即它由什么组成。机器人的硬件设备主要有三类:传感器、控制器和执行器。传感器能感受规定的被测量,并按一定规律转换成可用信号,通常由敏感元件和转换元件组成,比如红外、超声波、气压、温湿度、陀螺仪等。控制器是按预定顺序改变主电路或控制电路接线及电阻值,来控制电动机启动、调速、制动和反向的主令装置。执行器是接受控制信号,对被控对象施加控制运行作用的装置。
这三类硬件可类比为人的眼睛、大脑和肢体,紧密配合才能完成复杂任务,但也并非缺一不可。比如一台无传感器的机器人也能构成系统完成任务,不过多是开环控制系统,无法根据控制实际结果及时反馈并调整。除这三类硬件,机器人可能还有不好简单定义的其他硬件,如通讯模块等。
知道智能机器人的结构,还不能马上设计智能医疗机器人,还需了解其技术特点,我们通过一些应用实例窥探一二:
手术机器人,能提供比人类外科医生更精确的手术操作,或提供远程手术执行条件。它可能仍由外科医生操作,但执行精度更高,且医生与患者不在同一地区时,可遥控操作。我国在这方面已有一定技术和经验积累。
康复机器人,主要帮助、护理和支持体弱或肌体功能缺陷者生活、康复、训练和治疗。比如图中这台机器人可协助患者行走,患者仍用双腿走路。
远程呈现机器人,能让异地医疗专业人员远程移动、环顾四周、通讯和参与,可用于手术作业、会议交流等场景。
药房自动化系统,用于零售药房分配口服固体或在医院药房制备无菌混合物。
伴侣机器人,具有与用户保持联系的情感参与能力,用户健康出现问题时能及时预警,还能提供智能闹钟、服药提醒等服务,给予长时间陪伴与互动,有助于稳定患者情绪。
消毒机器人,通常使用脉冲紫外线,用于高危传染病相关场所消毒。因紫外线和臭氧会对直接暴露人员造成伤害,消毒机器人减少了医护人员面临的风险。
下面我们走进 2023 世界机器人大会,看看其他应用案例。2023 世界机器人大会在北京举行,吸引 160 家国内外机器人企业携近 600 件展品参展,60 款全球首发新品在博览会现场集中发布,数量居历届之最。
