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30秒后，采样完成，被检测者只需张开嘴、闭上嘴、摘下口罩、戴上口罩即可。 这与很多人经历过无数次的疫情期间医护人员进行的核酸采样没有什么不同。

就像动画电影《大白》中无所不能的白色机器人一样，一群机器人“大白”正在接管核酸采样工作，并利用机器视觉和力控系统确保采样过程的准确性和靠谱性。

据南方周末记者不完全统计，截至2022年6月底，国内至少有10家科研机构和企业发布了全自动核酸采样机器人产品。 有的企业在1个月内就完成了产品立项和设计，并对成品进行了多次迭代。

在采样速度方面，大多数机器人暂时无法与熟练的医务人员匹敌。 机器人采样的优势较初是降低感染危险，分担医疗护理的辛苦工作。 但随着标准化核酸检测的实施，核酸采样机器人被赋予了潜在的成本优势。

多位受访企业告诉南方周末记者，由于涉及医疗活动，核酸采样机器人需要医疗器械注册审批，但监管部门仍在研究该机器人属于哪一类设备。

高校与企业联手，但细节设计存在差异

采样机器人与其说是一项“黑科技”，不如说它更像是现有技术的整合。 其两项核心技术——用于图像识别的机器视觉系统和用于调整强度的力控制系统——都非常成熟。 与其他应用相比，工作区域从汽车零件变为更脆弱的人体喉咙。

目前，采样机器人的开发者有着不同的身份。 其中包括新松股份有限（以下简称新松）等传统机器人企业，也包括上海交通大学、清华大学等高校。 多方协作是一种常见模式。 例如，“鹏城轻耕”机器人是杭州湖西云百胜科技有限与深圳罗湖医院集团联合研发的。 南方医科大学深圳医院还与深圳市智慧森林网络技术联合开发了核酸检测自助采样机。

虽然技术已经非常成熟，但各个研究团队的解决方案从人机交互、检测精度、靠谱保障等角度都存在细微的差异。

据南方周末记者了解，目前开发的采样机器人有两种类型，根据使用场景而定。 一种安装在车体上，采用负压设计，空气单向向外流动，实现“车动而人不动”的机动性和靠谱性，如的“瑟瑞”采样车上海人工智能研究院； 一种采用和采样亭一样的固定箱式结构，里面是机械臂，外面是被检测者，比如新松研发的“多克便捷核酸采样亭”。

各种产品之间的主要区别在于采样孔处的吹嘴设计。 吸嘴类似于一根短塑料管，安装在采样室的外壁上。 当被检测者将其含在嘴里时，相当于给采样拭子配备了“瞄准器”。 机械臂前端可沿中空管道直线驱动，对暴露的喉部进行目视分析和采样。

当然，还有更简单的设计。 江苏省江阴市福仁高科技有限的产品采用一次性纸杯代替咬嘴供被测试者咬合。

参与核酸采样机器人研发的林园告诉南方周末记者，吹嘴在物理上将受检者控制在一定范围内。 “从技术角度来说，它比较粗糙、不智能，而且是人机协作。” 但为了让产品尽早进入市场，这样的设计也是必要的。 目前，他和他的团队正在研究一种更加智能的解决方案，让机器可以通过面部识别和语音引导与人合作，并自动适应人体的晃动。

事实上，核酸采样机器人并不新鲜。 2020年，日本机器人巨头川崎重工株式会社与原合作开发核酸检测机器人系统。 该系统由鼻拭子采样、PCR检测和医疗护理三部分组成。 其中，鼻拭子采样部分由医生遥控的“协作机器人”进行，被检测者还可以通过机器人上的屏幕与医生进行交流。

COVID-19疫情爆发时，国产核酸采样机器人就已经出现。 2020年3月，沉阳自动化研究所联合广州医科大学附属医院完成智能机器人咽拭子采样解决方案，并在沈阳进行试采样。 当时，名为“灵彩”的采样机器人被安装在一辆小车上，由人远程控制，“瞄准”电脑屏幕上的采样区域进行作。

谁在购买采样机器人？

目前，多款机器人“大白”已受到地方和防疫部门的青睐。

2021年1月，第二代“灵彩”在沈阳全员核酸检测中亮相。 与代“灵彩”相比，迭**品采用封闭箱体结构，医护人员作机械臂，通过屏幕与被检测者进行交流。 据贵州日报报道，2022年6月中旬，贵州省首台“灵彩”在毕节市第三人民医院投入使用。 版本的产品“整个过程无需人工干预”。

与大多数仍处于调试阶段的新一代采样机器人相比，北京博鳌精典生物科技有限（以下简称“博鳌精典”）的“轻骑兵”新冠细菌核酸检测移动实验室是较早实现商业化的成熟产品，配备核酸采样机械臂。

该产品外观类似轻型客车，部分车型配备了清华大学机械工程学院研发的机械臂。 车内医护人员控制机械臂瞄准采样区域，点击按钮。 机械臂按照预先指定的动作从汽车侧窗采集样本。

博鳌经典工作人员告诉南方周末记者，负压设计的机械臂和车身的价值在于保护采样器。 当采样者面临比 COVID-19 更危险的细菌时，他们可以获得额外的保护层。 该工作人员还强调，与机械臂相比，“轻骑兵”的亮点主要是快速探测。 通过安装在车辆上的完全集成的芯片实验室系统，从采样、测试到阳性报告的整个过程可以在45分钟内完成。 整个实验室系统集成在一辆轻型车上，兼顾便携性和机动性。 目前，“轻骑兵”已在西南山区和边境地区使用。

此前，轻客佳研究院也在媒体报道中表示，自产品研发伊始，“就接到了来自机构、疾控中心、大学等的询价和采购及代理电话”。

新松智能制造事业部总监潘春告诉南方周末记者，更大的采样点需要4名医护人员。 如果采用两班倒的话，一天的人力成本就不小了。 “这部分支出可以分到机器人来代替你。”目前，“多克”采样亭已在上海浦东、徐汇、静安等地的指定地点进行测试。

至于产品定价，中科新松表示，目前尚未正式确定，“我们还没有到报价阶段，我们的初衷是服务社会，减轻医护人员的负担。”

林远表示，他参与研发的采样机器人是针对核心部件量身的。 虽然复杂度高，需要不断调试，但还是能将报价控制在100万元以内。 “一些采样机器人的价格之所以比较高，是因为它们采用了现成的解决方案，比如使用工业流水线的机器人。其实采样工作并没有那么复杂，有些是大材小用。”

如何实现全自动采样

这是科幻小说里才有的场景，也是医疗机器人行业的较高追求。 从某种意义上说，新出现的全自动核酸采样机器人“偶然”实现了这一飞跃。

要全面实现“机器换人”的目标，自主采样机器人首先需要“眼睛”。

上海一家机器人的研究员告诉南方周末，在设计核酸采样机器人视觉识别系统时，该动员员工拍摄咽部照片，获得了5000多个样本。 研究人员表示，不同的人和拍摄角度在照片中显示出不同的咽后壁状况。 “有些人扁桃体肿胀，有些人根本没有扁桃体。” 研发团队在每张照片上标记出扁桃体和咽后壁的位置，让机器学习，直到能够准确识别采样区域。

解决了视觉系统，另一项技术就是与靠谱密切相关的力控系统。

为了保证机械臂在采样过程中的靠谱，研发团队首先通过研究设定了机械臂的靠谱工作范围——约12厘米，儿童更短。 此外，在采样过程中，全程采用力控技术，实时感知采样强度。 经过多重验证，采样强度控制在0.2N~0.3N之间，这是一款动作精度控制在0.02mm的机械臂。 这并不难说。 这样既保证了采样的准确性，又保证了被采样人的舒服度，实现温和采样。

林园表示，核酸采样的标准文件——《新型冠状细菌核酸采样培训方案》和《医疗机构新型冠状细菌核酸检测工作手册（试行第二版）》仅规定了采样的大致区域和方法，而不要客气。 力的大小。 在设定机械臂的强度时，他们参考了代“灵彩”机器人的临床研究成果。

南方周末记者注意到，上述临床研究结果发表在2020年8月的《欧洲呼吸杂志》上。研究人员利用四种不同的力量作机器人对受试者进行采样。 结果发现，作用力在20～40g之间时效果较佳。 同时，受试者报告的喉咙痛等副作用相对较少，因此建议使用40g。 对速度进行采样。

北京大学计算机学院教授黄铁军告诉南方周末记者，目前的人工智能已经可以实现核酸采样机器人所需的机器视觉能力。 “这不是什么神秘的技术”，但他不能相信机器视觉。 。 他建议可以设置一个验证方法来识别不正确的视觉识别结果，然后移动相机并改变角度。 确认高度置信度后，机械臂继续运转。

原科学院计算技术研究所教授单世光也对南方周末记者表示，只要收集到足够的数据，视觉识别并不难实现。 为了提高数据采集水平，需要考虑采集时摄像头如何捕捉数据、暗口如何打光、作不当时不小心碰到镜头怎么办等。

为了解决照明问题，上述上海的团队在机械臂中集成了恒定光源。 光源产生的热量可以同时解决镜头的除雾问题。 为了解决每次采样后检测间过氧化氢喷雾消毒导致相机寿命缩短的问题，研究团队选择了防雾工业相机。 为了固定被测者的口腔，防止压舌板造成不适，团队还对三个版本的吹嘴口径和长度进行了改进，并进行化生产。

2021年1月13日，沉阳，“灵采”咽拭子采样机器人出现在核酸检测点，医护人员正在检查机器人采样状态。 （人民视野/图）

等待医疗器械许可证审批

正如自动驾驶按照智能程度分为L1至L5一样，医疗机器人界也提出了自动化分级标准。 2021年12月，在《》子刊《 》创刊号上，该子刊创始人之一、伦敦帝国理工学院教授杨光中提出将医疗机器人按照学位分为六级自动化。

其中，较低级别0为无自动化，机器人的动作完全由作者的意志控制。 目前世界上应用较广泛的手术机器人“达芬奇”就属于这个级别。 较高等级为5级，机器人可以在无人监管的情况下自立完成作业。 目前，研究团队已完成全自动机器人的动物实验，但市场上尚未有相关产品。

从远程控制到无人监管的自动作，采样机器人的进化路径似乎与手术机器人非常相似。 不过，正如林园所说，“核酸采样只接触体表，不像手术机器人需要切除人体组织、处理出血、缝合伤口。” 采样机器人不适合杨光中提出的手术机器人的分类。

由于将棉签插入鼻腔属于医疗行为，因此采样机器人需要获得医疗器械认证后方可投入使用。 日本川崎重工开发出核酸检测机器人系统后，日本神户市市长在2020年6月的资讯发布会上明确表示，“在获得医疗认证之前，我们不会将这款机器人投入使用。 ”

某医疗行业券商分析师对南方周末记者表示，由于采样机器人接触了人体敏感部位，所以正常情况下应该属于三类医疗器械。 此前，已有少数手术机器人产品通过了创新医疗器械审查，走上了“绿色通道”。 然而，该审查仅关注具有满足疾病需求的重大创新的设备。 “我个人感觉核酸采样机器人难度更大。”

在医疗器械管理局医疗器械注册证数据库中，南方周末记者搜索“机器人”，没有发现与核酸采样明显相关的产品。

一些受访企业表示，他们的产品从设计阶段就与当地进行沟通，目前正在等待医疗器械许可证的审批。 但由于没有先例，“卫健委尚未确定其属于哪一类设备”。

上述上海厂商表示，产品样机制造出来后，将先在工厂进行试用。 目前已迭代至第三代，正在等待相关医疗器械许可证的审批。

在等待审批的同时，企业已经开始制定核酸采样机器人的行业标准。 潘纯表示，新松、上海电机研究所等单位刚刚制定了打样机器人企业标准，以规范自身产品的设计和生产。 接下来，上海电气工程研究院将带领行业医生共同探讨核酸采样机器人的总体标准。

（应受访者要求，林远为化名）

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