主手像一個(gè)操縱桿，另一端連接了一只從手，從手其實(shí)是一根連續(xù)體，里面嵌套著夾鉗或其他手術(shù)器械。

　　在山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院大四男生劉成祥和同學(xué)們的設(shè)想中，這根細(xì)管從鼻腔深入，一直到達(dá)顱底，醫(yī)生通過操控主手，即可為病人切除顱底腫瘤，病人得以免除開顱手術(shù)的痛苦和風(fēng)險(xiǎn)。

　　握住主手向前推，前面仿佛被什么東西擋住去路。在電腦顯示器上可以看到，主手前方建模了一個(gè)堅(jiān)硬的球體，推動(dòng)主手，能清晰地感受到球體的弧度。用力推主手，甚至能感受到“球”的硬度。

　　在第十八屆“挑戰(zhàn)杯”決賽現(xiàn)場(chǎng)的展廳里，有眾多炫酷的科技成果，這套主從手設(shè)備體積不大，也不太顯眼，卻科技感十足。

　　在“挑戰(zhàn)杯”的賽場(chǎng)上，各式機(jī)器人項(xiàng)目“神仙打架”，各行各業(yè)都出現(xiàn)了機(jī)器人的身影：高難度手術(shù)、電力巡護(hù)、糧食倉儲(chǔ)、應(yīng)急救援……

　　機(jī)器人讓手術(shù)更便利

　　劉成祥所在的實(shí)驗(yàn)室主攻手術(shù)機(jī)器人方向。在人體自然腔道中，顱底較為復(fù)雜。劉成祥認(rèn)為，如果能做出切除顱底腫瘤的機(jī)器人，那么其他自然腔道的問題也就迎刃而解了。

　　顱底腫瘤的傳統(tǒng)治療方案是做開顱手術(shù)，手術(shù)時(shí)需要取下頭蓋骨。如能使用這個(gè)機(jī)器人，病人只需在鼻腔做個(gè)微創(chuàng)，讓“觸手”沿著鼻腔進(jìn)入顱底即可。

　　劉成祥和同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，人們過去用的大都是單一連續(xù)體，有的尺寸小，但是穩(wěn)定性差，手術(shù)中可能會(huì)出現(xiàn)不受控制的抖動(dòng)，給病人帶來危害。有的穩(wěn)定性強(qiáng)，但尺寸過大，無法自由進(jìn)入狹窄的自然腔道。

　　他們將兩種連續(xù)體嵌套在一起，構(gòu)成復(fù)合連續(xù)體，既能自由進(jìn)入人體腔道，又能隨著主手控制而任意彎曲。

　　除此之外，要進(jìn)入鼻腔，連續(xù)體的直徑就不能太大。劉成祥說，嵌套之后，最大處直徑5毫米，最小處約2毫米。

　　基于復(fù)合連續(xù)體，他們還開發(fā)出一種新的算法，運(yùn)算速度比傳統(tǒng)算法提高了354倍，這意味著從手可以更快速地到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。

　　這個(gè)項(xiàng)目幾乎貫穿了他們的大學(xué)四年。為了做好這個(gè)機(jī)器人，幾名機(jī)械學(xué)院的“工科男”還去醫(yī)院觀摩臨床手術(shù)。

　　復(fù)旦大學(xué)工程與應(yīng)用技術(shù)研究院的研三女生潘琪琪和同學(xué)研發(fā)的做心臟手術(shù)的機(jī)器人，也是異曲同工。

　　傳統(tǒng)的心臟外科手術(shù)，需要切開胸骨，傷口愈合時(shí)間長。而微創(chuàng)手術(shù)僅需在胸前開一個(gè)小孔，醫(yī)生控制主手，從手進(jìn)入胸腔操作。創(chuàng)口小，病人恢復(fù)會(huì)很快。

　　這臺(tái)機(jī)器人是她和同學(xué)們一個(gè)零件一個(gè)零件親手組裝起來的，最難的部分是傳感器。為了讓手術(shù)開孔更小，他們需要一個(gè)直徑8毫米的傳感器，但當(dāng)時(shí)全球最小的傳感器直徑都有17毫米。沒辦法，得自己從頭做：畫設(shè)計(jì)圖、找工廠生產(chǎn)零件、動(dòng)手組裝。

　　潘琪琪在一個(gè)放大倍數(shù)50倍以上的放大鏡下，把24個(gè)應(yīng)變片組裝成第一代傳感器。拿著這個(gè)直徑8毫米的傳感器，肉眼甚至看不清它的結(jié)構(gòu)。制作這個(gè)小小的傳感器，花了他們半年多的時(shí)間。

　　潘琪琪告訴記者，目前成熟的手術(shù)機(jī)器人大多用在腹腔鏡手術(shù)，團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上作了改良。前段時(shí)間，他們用這套設(shè)備在離體的豬心上了縫合實(shí)驗(yàn)。他們請(qǐng)來復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)院的碩士生操縱主手，花了兩個(gè)多小時(shí)縫合好豬心上那條10多厘米長的口子。中山醫(yī)院的醫(yī)生評(píng)估了手術(shù)結(jié)果，認(rèn)為縫合效果符合臨床要求。

　　從事這一研發(fā)時(shí)，國內(nèi)還沒有心外科手術(shù)機(jī)器人的專利，潘琪琪希望，自己團(tuán)隊(duì)的研究可以填上這塊空白。

　　貼心小助手，為人類減負(fù)

　　內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系教師張彬知道，本系的學(xué)生畢業(yè)后，大部分會(huì)去變電站做變配電值班員等工作。

　　這份工作很辛苦，不論白天夜里，每隔一兩小時(shí)需要巡檢一次。在變電站巡一圈，少則三四十分鐘，多則1個(gè)小時(shí)。如果在夜里，意味著值班人員幾乎無法休息。

　　2019年，張彬開始帶著學(xué)生研究“偷懶”的辦法，讓機(jī)器人幫人減負(fù)。

　　變電站地形復(fù)雜，機(jī)器人有時(shí)需要通過砂石路、鵝卵石，或者上下臺(tái)階。而這些，傳統(tǒng)的輪式機(jī)器人做不到。

　　他們研發(fā)的機(jī)器人，更確切地說，應(yīng)該叫“機(jī)器狗”。它有四足，可以抬腿跨過障礙物，能爬臺(tái)階，在凹凸不平的鵝卵石上行走自如。

　　張彬告訴記者，第一代機(jī)器狗重點(diǎn)做仿生，它像四足動(dòng)物一樣“走路”。等它走路穩(wěn)了、能順利邁過障礙物，張彬帶著學(xué)生們?cè)僭谏厦娲钶d傳感器。

　　但是難題又來了：傳感器很重，放上去之后，機(jī)器狗走路就開始歪，這會(huì)導(dǎo)致傳感器探測(cè)不準(zhǔn)確，上下樓梯也容易“摔倒”。每增加一項(xiàng)設(shè)備，同樣的問題就重復(fù)出現(xiàn)。

　　學(xué)校的實(shí)訓(xùn)室全天開放，大三學(xué)生鐘志勇告訴記者，他有空時(shí)，常去實(shí)訓(xùn)室琢磨這個(gè)項(xiàng)目。用3D打印技術(shù)做出各種零件，再考慮怎么安裝到機(jī)器狗上。

　　張彬說，為了做這個(gè)機(jī)器狗，學(xué)生自己焊電路板、自己組裝，大學(xué)里學(xué)到的CAD、單片機(jī)等課程全都串起來了。

　　不知試了多少次，搭載著多種傳感器的機(jī)器狗終于走得穩(wěn)了。張彬和學(xué)生們給它配了各種“裝備”：身上的傳感器可以探測(cè)溫度；電量低時(shí)，它可以“回家”自主充電；變電站很脆弱，怕鳥筑巢、怕老鼠咬線，他們?cè)黾恿顺暡?qū)離功能，驅(qū)趕鳥類和老鼠；機(jī)器狗頭部的攝像頭還能識(shí)別出進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的非工作人員。

　　張彬和學(xué)生們正在研究第四代機(jī)器狗，他們希望讓它未來承擔(dān)更多工作，為工作人員減負(fù)。

　　電子科技大學(xué)的研二男生王潔和團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列用于糧食倉儲(chǔ)的智能機(jī)器人，這些設(shè)備可以極大地減輕工人的作業(yè)負(fù)擔(dān)。

　　王潔記得，他大一剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，老師就帶他到糧倉實(shí)地參觀。他對(duì)當(dāng)時(shí)的場(chǎng)景仍然記憶猶新：傳送帶將糧食運(yùn)到糧倉，糧面凹凸不平；當(dāng)時(shí)正值夏日，工人戴著口罩，用力把糧倉里的糧食推平，沒幾分鐘就熱得大汗淋漓。不僅如此，傳送帶動(dòng)作粗暴，不少糧食顆粒會(huì)被撞碎。

　　那是王潔研究的起點(diǎn)。

　　五六年過去，他們研發(fā)了幾款不同功能的機(jī)器人用于糧食倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)。

　　入倉機(jī)器人連接在傳送帶上，可以自主調(diào)節(jié)出糧的速度、角度，從而減少糧食破損，糧面平整度高；釬樣機(jī)器人的釬樣深度可達(dá)30米，比以往10余米的釬樣深度多了一倍，它還能建立三維坐標(biāo)系，自動(dòng)顯示釬樣位置、時(shí)間；施藥機(jī)器人則能把藥劑施到50厘米以下，改善防蟲害效果。

　　入倉機(jī)器人投入測(cè)試3年后，他們發(fā)現(xiàn)，跟同類型、同環(huán)節(jié)的糧倉相比，應(yīng)用了智能機(jī)器人的糧倉可以節(jié)約兩三百噸糧食。他們把單個(gè)機(jī)器人的成本控制在5萬元以內(nèi)，希望將來把它們應(yīng)用到更多糧倉。

　　為人所不能為

　　在大橋的路面以下、柱子以上，有個(gè)或大或小的中空結(jié)構(gòu)，稱為箱梁。

　　它是大橋承重的中堅(jiān)力量，但是隨著使用年限增加，水泥可能出現(xiàn)裂紋、掉塊、露出鋼筋，危及橋梁安全。

　　但是要進(jìn)入箱梁里面檢測(cè)，工人得冒著呼嘯的江風(fēng)、沿著垂直的梯子爬進(jìn)去，非常危險(xiǎn)。而且有的箱梁內(nèi)部高達(dá)數(shù)十米，工人得搬著梯子爬上去檢查，效率低，又危險(xiǎn)，肉眼也無法看清楚；有的箱梁極為狹窄，人只能匍匐進(jìn)去；有些箱梁比較封閉，氣流不通暢，可能存在氧氣濃度過低的問題，人如果貿(mào)然進(jìn)去，也很危險(xiǎn)。

　　也正因此，大橋的箱梁檢測(cè)目前仍然近乎空白。

　　同濟(jì)大學(xué)大二男生崔嶼杰和同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了一款機(jī)器人，專門為大橋的箱梁“查體”。在他們看來，中空的箱梁就像人的胃一樣，因此給這款機(jī)器人起了個(gè)形象的名字：橋梁胃鏡機(jī)器人。

　　這支團(tuán)隊(duì)給機(jī)器人配備了高精度攝像機(jī)，用以探測(cè)箱梁頂板、側(cè)壁和底面的裂縫，最小可以探測(cè)2毫米的裂縫。機(jī)器人采集到照片后，傳回后臺(tái)，系統(tǒng)通過圖像識(shí)別技術(shù)批量化掃描照片、尋找裂縫。

　　研發(fā)過程中，他們遇到的一大挑戰(zhàn)就是機(jī)器人的定位問題。

　　厚厚的水泥板屏蔽了信號(hào)，GPS、北斗等傳統(tǒng)定位系統(tǒng)無法應(yīng)用。在這個(gè)巨大的“盲盒”里，只能靠機(jī)器人自己來定位。

　　崔嶼杰告訴記者，他們采用了幾種方法：機(jī)器人可以用激光，像眼睛一樣去看；或用輪式里程計(jì)，像腳一樣丈量距離；還可以在箱梁四角搭建小基站，幫助機(jī)器人定位。這幾種測(cè)量方式各有利弊，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將它們動(dòng)態(tài)結(jié)合起來，找到更可信的數(shù)據(jù)。

　　崔嶼杰說，這款機(jī)器人目前實(shí)現(xiàn)了全流程自動(dòng)化，來到陌生場(chǎng)景，它可以自動(dòng)定位、規(guī)劃路徑。

　　對(duì)于檢測(cè)的橋梁，這支團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了相應(yīng)的數(shù)字孿生橋梁，并將在實(shí)際大橋上檢測(cè)到的病害標(biāo)注在孿生橋梁上，呈現(xiàn)得更為清晰直觀。

　　不過，目前還需要工人爬進(jìn)箱梁，把機(jī)器人放進(jìn)去。為此，團(tuán)隊(duì)成員肖子恒做了一些設(shè)計(jì)，機(jī)器人在非工作狀態(tài)下可以折疊，變形成背包，由工人背進(jìn)箱梁里。

　　他們考慮，未來可以改用無人機(jī)掃描，或是拓展為機(jī)器人集群，這樣可以更高效地完成任務(wù)。

　　中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 李雅娟 來源：中國青年報(bào)