
在人工智能浪潮奔涌、具身智能成为下一个风口之际,中国科研团队在高端医疗装备领域掷下一枚“重磅炸弹”。近日,由清华大学李建兴教授领衔、多所顶尖高校科研人员组成的“天使之手”团队,正式发布了全新的能够执行软式内窥镜、硬式内窥镜及经皮穿刺三大类完全不同术式的双臂人形手术机器人。这款被团队定义为“医用人形具身智能机器人”的突破性产品,不仅以高度的拟人化设计颠覆了传统手术机器人的操作逻辑,更以其独特的通用性,预示着手术机器人正式从“专用时代”迈入“通用双手时代”。
仅仅是开始:三种手术集合于一台机器人
在世界手术机器人发展史上,一个长期存在的瓶颈在于设备的“专用性”。以统治市场数十年的达芬奇机器人为例,其系统虽极其精密,但本质上是一套为腹腔镜等特定微创手术优化的“专用器械”,难以跨领域执行其他类型的手术。医院若想覆盖不同科室的需求,往往需要投入巨资采购多套专用系统,这对于广大基层医院和发展中国家的医疗机构而言,是难以承受的重负。
“天使之手”的革命性,在于其从根本上打破了这一桎梏。经过严格的实验室验证,它已成为能在同一平台下完成软镜、硬镜及体外穿刺这三类截然不同的手术的机器人系统。
“这证明了我们选择的‘通用平台’技术路线的正确性和巨大潜力,”天使之手首席科学家、联合创始人、清华大学医学部副部长李建兴教授表示。在北京多位来自朝阳医院和清华长庚医院等医院的专家共同执行的模拟手术演示中,医生通过“天使之手”的控制台,如臂使指地操控远端的机器人,流畅地完成了经尿道的软镜激光碎石、硬镜经尿道前列腺气化操作以及精准的经皮穿刺三项手术演示,这是一项意义重大的进展。
技术内核:人形构型与具身智能的完美融合
“天使之手”能实现“一机多能”的奥秘,深藏于其“双臂拟人”的顶层设计之中。这款于2019年立项的机器人项目,与当前AI领域最前沿的“具身智能”理念不谋而合,天使之手的创始人们坚信,智能的实现离不开与物理世界交互的“身体”,而最适合在人类环境中执行复杂任务的“身体”,莫过于人形本身。
1. 双臂双手--还原“真手”的灵巧与直接
“天使之手”的机械臂并非简单的工业机器人改装,而是高度模仿人类上肢结构的仿生学杰作。它创造性地把人类的双臂+手腕以及手指分开处理、分别模仿。天使之手在研发过程中重点攻克“抽象和还原手指的细微动作”这一技术难关,最终使其在每一项不同种类的手术中拥有接近人类医生的手术操作的自由度,确保了在复杂解剖环境中的极致灵巧与精准。
而其技术优势,尤其体现在手腕和手指部的精细仿生执行器上。这些由团队自主研发的高性能采集及执行器,能够高效精准地复现主刀医生远程操作时手腕的转动和手指的精细动作的效果。这使得医生的手术技艺与经验,能够以更直接的方式被完整传递和复现。对于外科医生而言,他们无需像使用传统机器人那样进行漫长的适应性训练,因为“天使之手”提供的是一种直觉化的“直接映射”操作体验——医生的手怎么动,机器人的“手”就能作出同一动作效果。这种近乎零学习曲线的特性,是其能够实现大面积推广的关键前提。
2. 自主进化的基石:为“手术大脑与小脑”提供上佳训练平台
业界专家指出,“天使之手”作为目前比较接近人类操作形态的医疗机器人,在通往未来自主手术机器人的道路上,有着独特的数据与结构优势。未来的自主手术系统,被认为将由一个负责决策的“手术大脑”(感知、规划、决策)和一个负责精准执行的“手术小脑”(运动控制、力觉反馈)构成。
“天使之手”的高度拟人化构型,使其成为训练这类AI系统的理想平台。其双臂超高自由度的结构、类人的运动学特性,意味着它在学习人类手术技巧时产生的数据,与人类本身的运动模式具有最高的同构性。这些高质量、拟人化的操作数据,是训练“手术大脑”做出符合人类外科医生思维逻辑的决策,以及“手术小脑”实现如人类般流畅、精细且能自适应调整运动的关键训练数据集合。
“如果说未来的手术AI需要一具‘身体’来学习和进化,那么‘天使之手’提供的,正是比较接近人类外科医生的那具‘身体’,”一位人工智能专家评论道。
2. 医疗具身智能前瞻:从“执行命令”到“理解意图”
“天使之手”它并不仅仅是可以远程操纵。首先,在远程特性和仿生特性双重加持下,天使之手将成为大医院专家支持基层医院开展更多手术的优秀平台。而且,在日新月异AI技术的赋能下,系统能够通过动作捕捉数据,深度学习和理解医生的手术意图与操作习惯。天使之手联合创始人Justin Chen认为,“医疗机器人具身智能”将会跟其他通用机器人遵循接近的发展路径:
(1)先遥控,即机器人能精准执行/模仿医生的动作;
(2)在术中提供智能辅助;
(3)在可见的未来进化出自主手术的“类FSD”能力。
这款仿人型手术机器人,正是当前汹涌的AI浪潮与具身智能理念在高端医疗装备领域结出的一颗成熟果实。
临床价值:赋能基层,重塑医疗资源分配格局
这款机器人的诞生,源于一个迫切的临床痛点。李建兴教授作为国际知名的泌尿外科专家,每年有数百上千台手术是在全国各地的医院中指导和会诊完成的。他深切体会到顶尖外科专家资源的极度稀缺与分布不均。
“天使之手能让专家的智慧突破地理的束缚,”李建兴教授表示,“它能让我们的专家,身在北京上海,就能为新疆、西藏的患者进行高难度手术,同时手把手地带教当地医生。”实际上它未来的应用场景远不止于此。在偏远地区、边境哨所、灾难救援现场,乃至在“一带一路”国家的国际医疗合作中,一个可以快速部署、能应对多种外科需求的“机器人手术单元”,其价值不可估量。
正因这款机器的设计之初就具有普惠性定位。研发团队从设计之初就致力于成本控制,旨在打造一款“基层医院用得起、发展中国家买得起”的高端医疗装备。售价仅为达芬奇高端机型的1/5-1/10,另外,其“一机多能”的特性,极大地提升了单台设备的临床应用价值和投资回报率,使得“大病不出县”的国家医改方针拥有了坚实的技术支点。
未来展望:“一机多能”:通向未来的通用平台
“目前演示的三种术式,只是验证了我们平台的基础能力,”团队联合创始人林枝洪介绍,“这台创新的人型手术机器人的一个重要的意义在于,它初步验证了这一方向可行性。通过人形构型、通用控制架构与精密执行系统的结合,它能做的事情远远不止这三个手术。未来,基于相同的双臂人形基础结构,系统有望进一步扩展到例如骨科、神经外科、心外科等众多的领域的数百种手术术式中。”如果这个方向的构想能实现,这种人型手术机器人将是腹腔镜类、骨科类机器人不能达到的高度。
此外,随着AI算法与传感系统的不断演进,人型手术机器人还可能演化为一个开放式操作生态——通过加载不同“手术模块”和“技能算法”,实现持续学习与能力增长。这种“平台化”的思维,使得类似“天使之手”这类的人型手术机器人有望成为一个可持续发展的技术生态系统。未来,随着AI算法的进一步迭代和更多手术技能的“数字化”、“算法化”,这个平台将如同今天的智能手机一样,通过加载不同的“软件”(手术技能包)和“硬件”(专用手术器械),进化出层出不穷的新能力。而其高度拟人化的本体,将持续为未来“手术大脑与小脑”的进化,提供肥沃的训练土壤。届时,它不再是单一产品,而是一套可迭代、可升级的智能系统,将人工智能、仿生工程与临床医学连接在一起。
结语
“天使之手”用事实证明,在AI与机器人技术深度融合的今天,“天使之手”正以它的拟人双臂,推开一扇通往更普惠、更智能、更人性化的外科手术时代的大门或许,未来的手术室只需要一台“万能”的机器人伙伴。