女主在感染外星寄生生物后，跑到一臺(tái)自動(dòng)醫(yī)療機(jī)內(nèi)接受緊急手術(shù) （圖片來源：電影《普羅米修斯》截圖）

你知道嗎？手術(shù)機(jī)器人其實(shí)早已走入了人們的生活！

在過去的二十年里，經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)生，通過遙控機(jī)械臂來精準(zhǔn)完成一個(gè)個(gè)手術(shù)動(dòng)作，治療了無數(shù)病患。在這種人機(jī)協(xié)同中，機(jī)器人雖然作為一雙無比穩(wěn)定、永不疲勞的“超人之手”，發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，但它始終聽命于人類，無法自己做主。

然而，現(xiàn)在這種局面可能要改變了。來自約翰斯·霍普金斯大學(xué)、斯坦福大學(xué)以及哥倫比亞大學(xué)的研究人員已經(jīng)找到了方法，讓能獨(dú)立思考，自主手術(shù)的機(jī)器人外科醫(yī)生走入了現(xiàn)實(shí)。

“達(dá)芬奇”遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人（圖片來源：維基媒體 Bernardo Fuller）

成功給死豬完成“膽囊切除術(shù)”

研究人員設(shè)計(jì)制造的這種機(jī)器人，名叫SRT-H。為了測(cè)試它的能耐，研究人員安排機(jī)器人自主進(jìn)行膽囊切除手術(shù)（cholecystectomy）。這是一種最常見的微創(chuàng)手術(shù)之一，僅在美國，每年就要進(jìn)行70多萬次。

當(dāng)前情況下，手術(shù)的測(cè)試是在死豬的體內(nèi)進(jìn)行的。在具體的表現(xiàn)方面，SRT-H機(jī)器人做事非常有條理，它通過17個(gè)手術(shù)步驟，獨(dú)立、自主地完成了識(shí)別、夾閉、切割以及換工具等操作……在所有8次獨(dú)立的手術(shù)中，盡管操作時(shí)間略長(zhǎng)于人類醫(yī)生，機(jī)器人的執(zhí)行準(zhǔn)確率卻達(dá)到了驚人的100%。

選取要執(zhí)行的手術(shù)后，由電腦程序完全自主操作 （圖片來源：電影《太空旅客》截圖）

要知道生物體的器官往往十分緊湊，在狹小的空間內(nèi)使用鋒利的工具，就好比舉著砍刀在掛滿絲綢的屋子里“跳舞”。稍有不慎，就可能造成膽汁的溢出或周圍組織的損傷！

更讓人難以置信的是，平均在每次手術(shù)中，機(jī)器人還會(huì)進(jìn)行6次自我校正，就如同經(jīng)驗(yàn)豐富的主刀醫(yī)生，會(huì)在感覺下刀角度不妥時(shí)，及時(shí)停下來調(diào)整狀態(tài)一樣。

完全自主化的手術(shù)機(jī)器人不會(huì)像人類那樣因勞累、緊張而出現(xiàn)失誤 （圖片來源：電影《太空旅客》截圖）

看完16000個(gè)視頻自學(xué)手術(shù)

那么這個(gè)SRT-H機(jī)器人的訣竅是什么呢？原來，研究人員創(chuàng)新性地為機(jī)器人引進(jìn)了一種基于語言引導(dǎo)的模仿學(xué)習(xí)程序（language-conditioned imitation learning）！這種程序可以讓機(jī)器人通過觀看手術(shù)錄像來學(xué)習(xí)，就好像人類醫(yī)生學(xué)醫(yī)的過程一樣！

為了讓機(jī)器人能夠快速進(jìn)步，研究團(tuán)隊(duì)“喂”給它超過16000個(gè)相關(guān)手術(shù)的案例，其中不光有表現(xiàn)出色的案例，也有在犯錯(cuò)后及時(shí)補(bǔ)救的錄像。這些影片是通過被固定在機(jī)械臂“腕”部的攝像頭，以及從上方俯視的內(nèi)窺鏡拍攝的，捕捉到的是工具與生物組織相互交互的特寫畫面。

在充分掌握了手術(shù)操作中的各種技巧后，機(jī)器人通過一種雙層級(jí)的AI大腦來運(yùn)作。一個(gè)高級(jí)的大腦部分負(fù)責(zé)“規(guī)劃”，它會(huì)將需要進(jìn)行的步驟分解成以自然語言呈現(xiàn)的指令。另一個(gè)較為基礎(chǔ)的大腦部分則只負(fù)責(zé)嚴(yán)格執(zhí)行指令，它負(fù)責(zé)規(guī)劃的，是指令對(duì)應(yīng)的具體物理動(dòng)作。

跨越式提升但仍有局限

工程師們習(xí)慣用一種“自主水平”（LoA）級(jí)別來評(píng)價(jià)機(jī)械的自主運(yùn)作能力。目前已經(jīng)被醫(yī)學(xué)界廣泛應(yīng)用的“達(dá)芬奇”手術(shù)機(jī)器人就屬于這種LoA 0級(jí)別，也就是它根本沒有自主權(quán)。而這次研究的主角SRT-H則處于LoA IV，即擁有在人類監(jiān)督下的高度自主權(quán)。

可以看到，目前的SRT-H好像武俠小說中“頓悟”的武學(xué)奇才一樣，將機(jī)器人“行醫(yī)”的自主水平一下子從0提高到4（LoA達(dá)到5，即被認(rèn)為是完全自主，無需任何人工介入)，做到了一個(gè)里程碑式的跨越。

SRT-H的出現(xiàn)，讓人們看到將頂級(jí)手術(shù)普及的希望 （圖片來源：維基媒體 Bernardo Fuller）

雖然自主型手術(shù)機(jī)器人SRT-H進(jìn)步神速，但研究人員也承認(rèn)其仍存在一些局限。

首先，目前的測(cè)試是在死亡的生物體上進(jìn)行的。如果將來要在活體身上操作，還必須考慮諸如出血、生物的呼吸影響、不尋常的解剖結(jié)構(gòu)以及攝像頭起霧等可能的意外情況的出現(xiàn)。

其次，當(dāng)前機(jī)器人所使用的攝像頭還是太大了，無法進(jìn)入某些位置觀察，一些操作器械的更換也仍需要人類輔助。

此外，由于人工智能在面對(duì)異常情況時(shí)普遍“不愛說不會(huì)”，容易“自作主張”。所以研究人員還希望為將來的手術(shù)機(jī)器人引入更加完善的“棘手情況”報(bào)警系統(tǒng)，以讓其在必要時(shí)求助和接受人工干預(yù)。

盡管距離真正的臨床部署或還需要數(shù)年時(shí)間。但這種獨(dú)立自主的外科醫(yī)生機(jī)器人的出現(xiàn)還是讓人們看到了一種前景?；蛟S在將來，高水平的醫(yī)療資源將可能向偏遠(yuǎn)和服務(wù)設(shè)施不完善的地帶普及，我們將突破人力、空間的限制，為更多的人提供頂級(jí)的外科服務(wù)。

作者：宋世超

策劃：劉穎 張超 李培元 楊柳審核專家：付昌義 南京工業(yè)大學(xué)副教授 江蘇省科普作家協(xié)會(huì)科幻專委會(huì)主任委員

本文在科普新媒體平臺(tái)“蝌蚪五線譜”刊發(fā)，經(jīng)授權(quán)發(fā)布