[论文解读] The Role of Robotics in Infectious Disease Crises

Gregory D. Hager, Vijay Kumar+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2020

Quality and Safety in Healthcare参考文献 16被引用 9

一句话总结

本文研究了机器人技术在传染病危机中的整合应用，提出机器人系统在大流行病期间可显著提升医疗、物流和消毒等领域的应对能力。基于美国国家工程院与计算社区委员会联合举办的研讨会，本文识别出关键工程挑战与研究障碍，并提出战略性投资建议，以提升机器人在未来的疫情准备中的部署规模。

ABSTRACT

The recent coronavirus pandemic has highlighted the many challenges faced by the healthcare, public safety, and economic systems when confronted with a surge in patients that require intensive treatment and a population that must be quarantined or shelter in place. The most obvious and pressing challenge is taking care of acutely ill patients while managing spread of infection within the care facility, but this is just the tip of the iceberg if we consider what could be done to prepare in advance for future pandemics. Beyond the obvious need for strengthening medical knowledge and preparedness, there is a complementary need to anticipate and address the engineering challenges associated with infectious disease emergencies. Robotic technologies are inherently programmable, and robotic systems have been adapted and deployed, to some extent, in the current crisis for such purposes as transport, logistics, and disinfection. As technical capabilities advance and as the installed base of robotic systems increases in the future, they could play a much more significant role in future crises. This report is the outcome of a virtual workshop co-hosted by the National Academy of Engineering (NAE) and the Computing Community Consortium (CCC) held on July 9-10, 2020. The workshop consisted of over forty participants including representatives from the engineering/robotics community, clinicians, critical care workers, public health and safety experts, and emergency responders. It identifies key challenges faced by healthcare responders and the general population and then identifies robotic/technological responses to these challenges. Then it identifies the key research/knowledge barriers that need to be addressed in developing effective, scalable solutions. Finally, the report ends with the following recommendations on how to implement this strategy.

研究动机与目标

• 评估机器人在减轻传染病危机影响方面当前及潜在的作用，特别是在大流行病期间的作用。
• 识别在传染病暴发期间医护人员、应急响应人员及普通公众面临的关键挑战。
• 分析限制机器人系统在危机场景中可扩展性和有效性的工程与技术障碍。
• 提出可操作的研究与开发策略，以将机器人整合进公共卫生紧急准备工作中。
• 促进机器人专家、临床医生、公共卫生官员及应急响应人员之间的协作，以增强未来危机的应对韧性。

提出的方法

• 组织了一场线上研讨会，汇聚来自机器人技术、医疗保健、公共安全及应急响应领域的40多位专家。
• 综合多学科利益相关方的见解，梳理当前机器人在感染控制与危机应对中的应用情况。
• 识别出机器人可发挥关键作用的功能领域：患者照护支持、物流与运输、环境消毒以及远程监测。
• 梳理技术与系统性障碍，如可靠性、自主性、人机交互以及监管框架，这些因素阻碍了机器人的部署。
• 提出一个未来研究与开发的框架，聚焦于鲁棒性、可扩展性及伦理合规的机器人系统。
• 制定政策与实施建议，推动机器人技术融入国家与机构层面的疫情准备计划。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大流行病暴发期间，如何有效部署机器人以减少人类接触传染源？
• RQ2 当前哪些技术和系统性障碍限制了机器人系统在医疗与应急响应场景中的可扩展性与可靠性？
• RQ3 在传染病危机期间，机器人可在物流、消毒及远程患者监测中发挥何种作用？
• RQ4 如何加强机器人研究人员、临床医生与公共卫生专家之间的跨学科合作，以提升危机应对能力？
• RQ5 为确保机器人系统在未来的疫情中实现大规模部署，需要哪些研究与基础设施投资？

主要发现

• 在COVID-19大流行期间，机器人系统已在有限范围内得到部署，包括消毒、运输及远程患者监测。
• 最大的挑战集中在系统可靠性、自主性、安全性以及与现有医疗与应急响应工作流程的整合。
• 亟需建立标准化的测试、认证及监管路径，以适用于医疗与应急机器人。
• 人机交互与对机器人系统的信任度仍是关键障碍，尤其在高压临床环境中。
• 可扩展的机器人解决方案需要在人工智能、实时决策能力以及不确定环境下的鲁棒性方面取得进展。
• 本报告最终提出10项可操作的研究、开发与政策建议，以应对未来的传染病危机。