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機器人給你做外科手術,你敢嗎?

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  美國《紐約時報》網站4月30日宣布題為《機器人外科醫生目前將給你看病》一文,全文摘編如下:

  達尼亞你·費你博士坐在間隔一臺長臂機械人數英尺遠的凳子上,手握著他胸口鄰近的兩個金屬手柄。

  當他將手柄上下左右挪動時,機器人還用自身的雙臂仿照著每個小行動。然后,當他把拇指和食指捏在一起時,機器人的一只渺小手爪還做了險些一樣的行動。像費爾博士如許的外科醫生長期以來便是如許用機器人為病人做手術的。他們可以坐在一個電腦節制臺前,為房間另一邊的病人切除前列腺。

 令人興奮的時刻

  但正在這一簡短的演示以后,費爾博士和他正在加利福尼亞大學伯克利分校的同事們展現了他們盼望若何向前推動這一尖端技術。費爾博士松開了手柄,一款新的電腦軟件接辦了控制權。正在他和其他研究人員的注目下,機器人最先開展完整自主運動。

  這臺機器人用一只手爪把一個小塑料環由桌子上一個一樣小的掛鉤上抓起,隨后用另一只手爪接過這只塑料環。接下來,這只手爪移動到桌子另一邊,戰戰兢兢地將塑料環掛到新的掛鉤上。厥后,機器人又用別的一些環做了一樣的事情,它完成任務的速度取正在費爾博士指導下一樣快。

  這類鍛煉最初是為人類設計的;外科醫生通過把環從一個掛鉤轉移到另一個掛鉤上,進修操縱像加利福尼亞大學伯克利分校這臺機械人一樣的機械人。伯克利團隊的一篇新研討論文說,而今,一臺開展這一測試的自動化機械人在靈活性、精確度和速度層面都能取人類對抗,乃至凌駕人類。

  該項目是將人工智能引入手術室的更遍及勉力的一部分。應用自動駕駛汽車、自動駕駛無人機和堆棧機器人所依附的很多手藝,研究人員還正在致力于外科手術機器人的自動化。這一些方式間隔一樣平常利用還有很長的路要走,但進度正正在加速。

  正在學界被稱為“手術機器人之父”的約翰斯·霍普金斯大學教授、前國際商用機器公司(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年前期望我們能釀成的模樣。”

  如許干的目標這不是讓外科醫生脫離手術室,反而是根據令手術的某些階段自動化,來減輕外科醫生的肩負,乃至還可能在有改良余地的處所進步手術成功率。

  機械人正在某些手術中的準確度曾經凌駕人類,好比將一根針插入骨頭中(正在替換膝關節和髖關節時,這是一項風險特別大的使命)。人們期待,自動化機械人能進步切口或縫合等其他使命的精確度,并下降勞累過度的外科醫生面對的風險。

 尚難完整自動化

  約翰斯·霍普金斯大學計算機科學家格雷格·黑格正在近來的一次德律風通話中說,手術自動化將進度得很像是自動駕駛軟件——正在他說話的時辰,這一軟件正引誘著他的特斯拉汽車行駛正在新澤西州的收費公路上。他說,那輛車正正在自動駕駛,但為了防微杜漸,他的老婆仍舊把手放正在標的目的盤上。

  黑格說:“我們沒法實現全部進程的自動化,至少在沒有人類監視的情況下是如斯。但我們能夠最先打造自動化東西,讓外科醫生的事情略微輕松一點。”

  五年前,位于華盛頓特區的國度兒童衛生系統的研究人員設計了一臺機器人,能夠正在手術中主動縫合一頭豬的腸道。這是朝著黑格博士假想的將來邁出的一大步。但它背面加上了一個注腳:研究人員正在這里頭豬的腸道中植入了渺小的標志物,這一些標志物發出了近紅外光,匡助引誘了這臺機器人的行動。

  這類辦法遠遠不夠有用,由于標志物不容易植入或移除。但近年來,人工智能研究人員大幅增加了計算機視覺本領,這能夠讓機械人在沒有此類標志物的情況下自行完成手術義務。

  這類變更是由所謂的神經網絡所驅動的。神經網絡是一種數學體系,可以經過剖析大批數據來進修妙技。比方,經過剖析成千論萬張貓的照片,神經網絡可以學會辨認一只貓。以大部分類似一樣的方法,神經網絡還可以經過外科手術機器人拍攝的圖象開展進修。

  手術機器人裝備了攝像頭,能夠記載每臺手術的三維視頻。視頻源源持續地傳入取景器,外科醫生根據取景器、由機器人的視角引誘手術。

  但厥后,這一些圖象還給予了一份具體的路線圖,顯現手術是若何舉行的。它們能夠匡助新手外科醫生掌握若何運用這一些機器人,還能夠匡助練習機器人單獨完成任務。經由過程對外科醫生若何引誘機器人的圖象舉行闡明,神經網絡能夠進修一樣的本領。

  伯克利的研究人員正是以這類體式格局努力使他們的機械人自動化,這臺機械人是以達芬奇外科手術體系為底子的——該體系是一款有兩只手臂的機械,每一年匡助外科醫生完成100多萬臺手術。費爾博士和他的同事收集了機械人正在人類掌握下挪動塑料環的影象。然后,他們的體系會由這一些影象中進修,精確找出抓取塑料環、正在手爪之間通報、然后把它們挪動到新掛鉤上的最好體式格局。

  但這個歷程還得加上自身的“注腳”。當體系告知機器人挪動到哪里時,機器人往往會以幾毫米的誤差錯過該地址。因為經年累稔的利用,機器人雙臂內的很多金屬電纜已有了一些稍微的拉伸和蜿蜒,是以它們的舉措達不到所須要的精準度。

  人類操作員能夠正在不經意間補充這一點。但自動化體系則做不到。這是自動化手藝通常存正在的題目:它難以應對變更和不確定性。自動駕駛汽車還遠遠沒有遍及,由于它們還沒有乖巧到足以應對日常生活中一切雜亂場景的田地。

 對將來危害深遠

  伯克利的團隊決意豎立一種新的神經網絡,對機器人的毛病舉行闡明,并領會它天天會比前一天失去幾許精準度。該研討團隊的博士生布里金·塔南杰揚說:“它能知悉機器人樞紐是若何隨工夫演化的。”一旦自動化體系可以應對這一變更,那末機器人就可以捉住并挪動塑料環,進而取人類操作員的體現相媲美。

  其他實驗室則正在實驗分歧的要領。約翰斯·霍普金斯大學的研討人員阿克塞你·克里格曾正在2016年介入前述豬腸道縫合項目,他今朝正致力于使一種新型機械手臂實現自動化,這類機械手臂的可運動部件較少,并且比伯克利團隊運用的那種機械人表示得更穩固。伍斯特工學院的研討人員正正在研討若何能讓機械正在外科醫生完成特定義務時過細地引誘他們的手,這一些義務包孕為癌癥病人舉行穿刺活檢和舉行大腦腫瘤移除等。

  此中一位研究人員格雷格·菲舍爾說:“這就比如一輛汽車,它能夠自立追隨車道,但駕駛員仍舊節制著油門和剎車。”

  科學家們指出,進步路上另有很多停滯。挪動塑料環是一回事;切開、挪動和縫合皮肉則是另一回事。得克薩斯大學奧斯汀校區的副教授安·馬耶維奇·菲就提出疑問:“當攝像頭角度變更時會產生什么?如果有煙霧反對會產生什么?”

  正在可預感的將來,自動化將與外科大夫一同事情,而不全是代替他們。但費爾博士說,即使如此,還還許發生深遠影響。比方,大夫能夠舉行跨度遠超手術室寬度的外科手術——舉行數英里以外或更遠處所的手術,還許還能扶助悠遠戰場上的受傷兵士。

  但旌旗燈號滯后是個大題目,以至于今朝還沒法實現以上假想。可是,費爾博士說,假如機器人可以單獨完成最少一部分義務,那末長途手術就有大概可行。“您可以發送一項高層規劃,然后機器人可以施行它。”

  一樣的技能關于更遠間隔的長途手術也是缺一不可的。他說:“當我們入手下手為位于月球的人員做手術時,外科醫生將需求全新的東西。”