机器人用于医学方面的资料

作者&投稿:彩查 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
微型机器人在医学上有什么应用?~

随着社会发展,科技是越来越领先了。这不国外一位研究学者,他发明了一种微型的纳米机器人。这种机器人非常小,近视眼的话很难能看到。虽然小,但这个微型机器人非常的万能。说是万能不如说它变态呐

机器人概述篇
实用上,机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。机器人可接受人类指挥,也可以执行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。机器人执行的是取代或是协助人类工作的工作,例如制造业、建筑业,或是危险的工作。

机器人可以是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。目前在工业、医学甚至军事等领域中均有重要用途。

欧美国家认为:机器人应该是由计算机控制的通过编排程序具有可以变更的多功能的自动机械,但是日本不同意这种说法。日本人认为“机器人就是任何高级的自动机械”,这就把那种尚需一个人操纵的机械手包括进去了。因此,很多日本人概念中的机器人,并不是欧美人所定义的。

现在,国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来,人们都可以接受这种说法,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:“一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”

机器人能力的评价标准包括:智能,指感觉和感知,包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等;机能,指变通性、通用性或空间占有性等;物理能,指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此,可以说机器人是具有生物功能的空间三维坐标机器。


机器人发展史
1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中,根据Robota(捷克文,原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文,原意为“工人”),创造出“机器人”这个词。

1939年 美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。它由电缆控制,可以行走,会说77个字,甚至可以抽烟,不过离真正干家务活还差得远。但它让人们对家用机器人的憧憬变得更加具体。

1942年 美国科幻巨匠阿西莫夫提出“机器人三定律”。虽然这只是科幻小说里的创造,但后来成为学术界默认的研发原则。

1948年 诺伯特·维纳出版《控制论》,阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律,率先提出以计算机为核心的自动化工厂。

1954年 美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人,并注册了专利。这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作,因此具有通用性和灵活性。

1956年 在达特茅斯会议上,马文·明斯基提出了他对智能机器的看法:智能机器“能够创建周围环境的抽象模型,如果遇到问题,能够从抽象模型中寻找解决方法”。这个定义影响到以后30年智能机器人的研究方向。

1959年 德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后,成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传,他也被称为“工业机器人之父”。

1962年 美国AMF公司生产出“VERSTRAN”(意思是万能搬运),与Unimation公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人,并出口到世界各国,掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。

1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器,包括1961年恩斯特采用的触觉传感器,托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器,而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统,并在1965年,帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器,能识别并定位积木的机器人系统。

1965年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置,根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始,美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人,并向人工智能进发。

1968年 美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器,能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人,拉开了第三代机器人研发的序幕。

1969年 日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人,被誉为“仿人机器人之父”。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长,后来更进一步,催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。

1973年 世界上第一次机器人和小型计算机携手合作,就诞生了美国Cincinnati Milacron公司的机器人T3。

1978年 美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA,这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线。

1984年 英格伯格再推机器人Helpmate,这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年,他还预言:“我要让机器人擦地板,做饭,出去帮我洗车,检查安全”。

1998年 丹麦乐高公司推出机器人(Mind-storms)套件,让机器人制造变得跟搭积木一样,相对简单又能任意拼装,使机器人开始走入个人世界。

1999年 日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO),当即销售一空,从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。

2002年 丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba,它能避开障碍,自动设计行进路线,还能在电量不足时,自动驶向充电座。Roomba是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。

2006年 6月,微软公司推出Microsoft Robotics Studio,机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显,比尔·盖茨预言,家用机器人很快将席卷全球。

机器人分类篇
诞生于科幻小说之中一样,人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊,才给了人们充分的想象和创造空间。

操作型机器人:能自动控制,可重复编程,多功能,有几个自由度,可固定或运动,用于相关自动化系统中。

程控型机器人:按预先要求的顺序及条件,依次控制机器人的机械动作。

示教再现型机器人:通过引导或其它方式,先教会机器人动作,输入工作程序,机器人则自动重复进行作业。

数控型机器人:不必使机器人动作,通过数值、语言等对机器人进行示教,机器人根据示教后的信息进行作业。

感觉控制型机器人:利用传感器获取的信息控制机器人的动作。

适应控制型机器人:机器人能适应环境的变化,控制其自身的行动。

学习控制型机器人:机器人能“体会”工作的经验,具有一定的学习功能,并将所“学”的经验用于工作中。

智能机器人:以人工智能决定其行动的人。

我国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前,国际上的机器人学者,从应用环境出发将机器人也分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人,这和我国的分类是一致的。

空中机器人又叫无人机,近年来在军用机器人家族中,无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。80多年来,世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的,无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看,美国均居世界之首位。

机器人品种篇
“别动队”无人机

纵观无人机发展的历史,可以说现代战争是推动无人机发展的动力。而无人机对现代战争的影响也越来越大。一次和二次世界大战期间,尽管出现并使用了无人机,但由于技术水平低下,无人机并未发挥重大作用。朝鲜战争中美国使用了无人侦察机和攻击机,不过数量有限。在随后的越南战争、中东战争中无人机已成为必不可少的武器系统。而在海湾战争、波黑战争及科索沃战争中无人机更成了主要的侦察机种。

法国“红隼”无人机

越南战争期间美国空军损失惨重,被击落飞机2500架,飞行员死亡5000多名,美国国内舆论哗然。为此美国空军较多地使用了无人机。如“水牛猎手”无人机在北越上空执行任务2500多次,超低空拍摄照片,损伤率仅4%。AQM-34Q型147火蜂无人机飞行500多次,进行电子窃听、电台干扰、抛撒金属箔条及为有人飞机开辟通道等。

高空无人侦察机

在1982年的贝卡谷地之战中,以色列军队通过空中侦察发现。叙利亚在贝卡谷地集中了大量部队。6月9日,以军出动美制E-2C“鹰眼”预警飞机对叙军进行监视,同时每天出动“侦察兵”及“猛犬”等无人机70多架次,对叙军的防空阵地、机场进行反复侦察,并将拍摄的图像传送给预警飞机和地面指挥部。这样,以军准确地查明了叙军雷达的位置,接着发射“狼”式反雷达导弹,摧毁了叙军不少的雷达、导弹及自行高炮,迫使叙军的雷达不敢开机,为以军有人飞机攻击目标创造了条件。

鬼怪式无人机

1991年爆发了海湾战争,美军首先面对的一个问题就是要在茫茫的沙海中找到伊拉克隐藏的飞毛腿导弹发射器。如果用有人侦察机,就必须在大漠上空往返飞行,长时间暴露于伊拉克军队的高射火力之下,极其危险。为此,无人机成了美军空中侦察的主力。在整个海湾战争期间,“先锋”无人机是美军使用最多的无人机种,美军在海湾地区共部署了6个先锋无人机连,总共出动了522架次,飞行时间达1640小时。那时,不论白天还是黑夜,每天总有一架先锋无人机在海湾上空飞行。

为了摧毁伊军在沿海修筑的坚固的防御工事,2月4日密苏里号战舰乘夜驶至近海区,先锋号无人机由它的甲板上起飞,用红外侦察仪拍摄了地面目标的图像并传送给指挥中心。几分钟后,战舰上的406毫米的舰炮开始轰击目标,同时无人机不断地为舰炮进行校射。之后威斯康星号战舰接替了密苏里号,如此连续炮轰了三天,使伊军的炮兵阵地、雷达网、指挥通信枢纽遭到彻底破坏。在海湾战争期间,仅从两艘战列舰上起飞的先锋无人机就有151架次,飞行了530多个小时,完成了目标搜索、战场警戒、海上拦截及海军炮火支援等任务。

发射Brevel无人机

在海湾战争中,先锋无人机成了美国陆军部队的开路先锋。它为陆军第7军进行空中侦察,拍摄了大量的伊军坦克、指挥中心、及导弹发射阵地的图像,并传送给直升机部队,接着美军就出动“阿帕奇”攻击型直升机对目标进行攻击,必要时还可呼唤炮兵部队进行火力支援。先锋机的生存能力很强,在319架次的飞行中,仅有一架被击中,有4~5架由于电磁干扰而失事。

除美军外,英、法、加拿大也都出动了无人机。如法国的“幼鹿”师装备有一个“马尔特”无人机排。当法军深入伊境内作战时,首先派无人机侦察敌情,根据侦察到的情况,法军躲过了伊军的坦克及炮兵阵地。

1995年波黑战争中,因部队急需,“捕食者”无人机很快就被运往前线。在北约空袭塞族部队的补给线、弹药库、指挥中心时,“捕食者”发挥了重要的作用。它首先进行侦察,发现目标后引导有人飞机进行攻击,然后再进行战果评估。它还为联合国维和部队提供波黑境内主要公路上军车移动的情况,以判断各方是否遵守了和平协议。美军因而把“捕食者”称作“战场上的低空卫星”。其实卫星只能提供战场上的瞬间图像,而无人机可以在战场上空长时间盘旋逗留,因而能够提供战场的连续实时图像,无人机还比使用卫星便宜得多。

1999年3月24日,以美国为首的北约打着“维护人权”的幌子对南联盟开始了狂轰滥炸,爆发了震惊世界的“科索沃战争”。在持续78天的轰炸过程中,北约共出动飞机3.2万架次,投入舰艇40多艘,扔下炸弹1.3万吨,造成了二战以来欧洲空前的浩劫。

南联盟多山、多森林的地形以及多阴雨天的气候条件,大大影响了北约侦察卫星及高空侦察机的侦察效果,塞军的防空火力又很猛,有人侦察机不敢低飞,致使北约空军无法识别及攻击云层下面的目标。为了减少人员的伤亡,北约大量使用了无人机。科索沃战争是世界局部战争中使用无人机数量最多、无人机发挥作用最大的战争。无人机尽管飞得较慢,飞行高度较低,但它体积小,雷达及红外特征较小,隐蔽性好,不易被击中,适于进行中低空侦察,可以看清卫星及有人侦察机看不清的目标。

在科索沃战争中,美国、德国、法国及英国总共出动了6种不同类型的无人机约200多架,它们有:美国空军的“捕食者”(Predator)、陆军的“猎人”(Hunter)及海军的“先锋”(Pioneer);德国的CL-289;法国的“红隼”(Crecerelles)、 “猎人”,以及英国的“不死鸟”(Phoenix)等无人机。

无人机在科索沃战争中主要完成了以下一些任务:中低空侦察及战场监视,电子干扰,战果评估,目标定位,气象资料搜集,散发传单以及营救飞行员等。

科索沃战争不仅大大提高了无人机在战争中的地位,而且引起了各国政府对无人机的重视。美国参议院武装部队委员会要求,10年内军方应准备足够数量的无人系统,使低空攻击机中有三分之一是无人机;15年内,地面战车中应有三分之一是无人系统。这并不是要用无人系统代替飞行员及有人飞机,而是用它们补充有人飞机的能力,以便在高风险的任务中尽量少用飞行员。无人机的发展必将推动现代战争理论和无人战争体系的发展。

机器警察

所谓地面军用机器人是指在地面上使用的机器人系统,它们不仅在和平时期可以帮助民警排除炸弹、完成要地保安任务,在战时还可以代替士兵执行扫雷、侦察和攻击等各种任务,今天美、英、德、法、日等国均已研制出多种型号的地面军用机器人。

英国的“手推车”机器人

在西方国家中,恐怖活动始终是个令当局头疼的问题。英国由于民族矛盾,饱受爆炸物的威胁,因而早在60年代就研制成功排爆机器人。英国研制的履带式“手推车”及“超级手推车”排爆机器人,已向50多个国家的军警机构售出了800台以上。最近英国又将手推车机器人加以优化,研制出土拨鼠及野牛两种遥控电动排爆机器人,英国皇家工程兵在波黑及科索沃都用它们探测及处理爆炸物。土拨鼠重35公斤,在桅杆上装有两台摄像机。野牛重210公斤,可携带100公斤负载。两者均采用无线电控制系统,遥控距离约1公里。

“土拨鼠”和“野牛”排爆机器人

除了恐怖分子安放的炸弹外,在世界上许多战乱国家中,到处都散布着未爆炸的各种弹药。例如,海湾战争后的科威特,就像一座随时可能爆炸的弹药库。在伊科边境一万多平方公里的地区内,有16个国家制造的25万颗地雷,85万发炮弹,以及多国部队投下的布雷弹及子母弹的2500万颗子弹,其中至少有20%没有爆炸。而且直到现在,在许多国家中甚至还残留有一次大战和二次大战中未爆炸的炸弹和地雷。因此,爆炸物处理机器人的需求量是很大的。

排除爆炸物机器人有轮式的及履带式的,它们一般体积不大,转向灵活,便于在狭窄的地方工作,操作人员可以在几百米到几公里以外通过无线电或光缆控制其活动。机器人车上一般装有多台彩色CCD摄像机用来对爆炸物进行观察;一个多自由度机械手,用它的手爪或夹钳可将爆炸物的引信或雷管拧下来,并把爆炸物运走;车上还装有猎枪,利用激光指示器瞄准后,它可把爆炸物的定时装置及引爆装置击毁;有的机器人还装有高压水枪,可以切割爆炸物。

德国的排爆机器人

在法国,空军、陆军和警察署都购买了Cybernetics公司研制的TRS200中型排爆机器人。DM公司研制的RM35机器人也被巴黎机场管理局选中。德国驻波黑的维和部队则装备了Telerob公司的MV4系列机器人。我国沈阳自动化所研制的PXJ-2机器人也加入了公安部队的行列。

美国Remotec公司的Andros系列机器人受到各国军警部门的欢迎,白宫及国会大厦的警察局都购买了这种机器人。在南非总统选举之前,警方购买了四台AndrosVIA型机器人,它们在选举过程中总共执行了100多次任务。 Andros机器人可用于小型随机爆炸物的处理,它是美国空军客机及客车上使用的唯一的机器人。海湾战争后,美国海军也曾用这种机器人在沙特阿拉伯和科威特的空军基地清理地雷及未爆炸的弹药。美国空军还派出5台Andros机器人前往科索沃,用于爆炸物及子炮弹的清理。空军每个现役排爆小队及航空救援中心都装备有一台Andros VI。

我国研制的排爆机器人

排爆机器人不仅可以排除炸弹,利用它的侦察传感器还可监视犯罪分子的活动。监视人员可以在远处对犯罪分子昼夜进行观察,监听他们的谈话,不必暴露自己就可对情况了如指掌。

1993年初,在美国发生了韦科庄园教案,为了弄清教徒们的活动,联邦调查局使用了两种机器人。一种是Remotec公司的AndrosVA型和Andros MarkVIA型机器人,另一种是RST公司研制的STV机器人。STV是一辆6轮遥控车,采用无线电及光缆通信。车上有一个可升高到4.5米的支架 ,上面装有彩色立体摄像机、昼用瞄准具、微光夜视瞄具、双耳音频探测器、化学探测器、卫星定位系统、目标跟踪用的前视红外传感器等。该车仅需一名操作人员,遥控距离达10公里。在这次行动中共出动了3台STV,操作人员遥控机器人行驶到距庄园548米的地方停下来,升起车上的支架,利用摄像机和红外探测器向窗内窥探,联邦调查局的官员们围着荧光屏观察传感器发回的图像,可以把屋里的活动看得一清二楚。

机器人指挥

其实并不是人们不想给机器人一个完整的定义,自机器人诞生之日起人们就不断地尝试着说明到底什么是机器人。但随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来,机器人所涵盖的内容越来越丰富,机器人的定义也不断充实和创新。

礼仪机器人

该定义强调了机器人应当仿人的含义,即它靠手进行作业,靠脚实现移动,由脑来完成统一指挥的作用。非接触传感器和接触传感器相当于人的五官,使机器人能够识别外界环境,而平衡觉和固有觉则是机器人感知本身状态所不可缺少的传感器。这里描述的不是工业机器人而是自主机器人。

机器人的定义是多种多样的,其原因是它具有一定的模糊性。动物一般具有上述这些要素,所以在把机器人理解为仿人机器的同时,也可以广义地把机器人理解为仿动物的机器。

1988年法国的埃斯皮奥将机器人定义为:“机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统,并以此系统的使用方法作为研究对象”。

1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义:“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能,能完成各种作业的可编程操作机。”

我国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器”。在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中,人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深,机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点,人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器,如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。对不同任务和特殊环境的适应性,也是机器人与一般自动化装备的重要区别。这些机器人从外观上已远远脱离了最初仿人型机器人和工业机器人所具有的形状,更加符合各种不同应用领域的特殊要求,其功能和智能程度也大大增强,从而为机器人技术开辟出更加广阔的发展空间。

中国工程院院长宋健指出:“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就,是当代最高意义上的自动化”。机器人技术综合了多学科的发展成果,代表了高技术的发展前沿,它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。

我国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前,国际上的机器人学者,从应用环境出发将机器人也分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人,这和我国的分类是一致的。
乐高RCX机器人
RCX是是一块可编程积木,即课堂机器人(机器人指令系统)的大脑。它是整个用乐高积木、马达、传感器等组建搭建的机器人系统的中枢,就像大脑一样控制、指挥机器人的行为。使用ROBOLAB软件,人们可以创造、搭建、编程真正的机器人,让它运动、做运动、甚至自己去“想”。
RCX不仅可以通过红外发射仪与计算机通信,还可以通过红外收发与其它RCX通信,通过互联网通信,配合丰富多彩的乐高积木和乐高传感器或第三方的仪器设备,适合高校组建创新实验室或机器人课程,让学生们动手创造各种大型机电一体化系统,将抽象的理论知识和构思化为具体的模型。计算机高手们则试图用各种官方或非官门的语言控制RCX,如 C、VB、NQC、Java、LegOS、pbForth等。
作为控制模块和微型电脑,RCX可用于机器人系统模型的输入和输出控制。使用ROBOLAB软件在PC机或苹果机上编写程序,通过连接在计算机串口上的红外线发射仪将程序下载到RCX,RCX即可脱离计算机,独立执行程序,控制一系列输入和输出,来响应周围环境并做出正确的动作。
基于计算机的数据采集。RCX不仅是机器人的大脑,还可作为一个微型便携式计算机连接各种工业传感器,可以采集、储存数据,可以实时上传数据至计算机,人们可以在计算机上进行数据采集、分析和显示。
乐高公司提供了多种微型电器如红外发射器,触碰传感器,马达,光电传感器等。

我国重视医学 机器人 研究 在我国,用来为骨折患者接骨的外科机器人医生已经研制成功。经临床实验,其手术成功率不仅高达百分之百,且比传统人工方法缩短近一半时间。 这项名为“矫形外科双平面导航技术与机器人系统”是国家863计划的研究成果。传统的骨折接骨方法,是将错位的骨头牵引拉开,恢复原位后,把钢钉穿入骨髓使断骨连接,医生在X光的平面透视下,摸索寻找钢钉的孔位,从外部打孔进行锁定。即使是经验丰富的医生也往往无法做到一次成功。同时,手术过程中医生和患者还要长时间地暴露在X光射线下。这项技术不仅使手术的成功率和质量大大提高,而且减少了传统手术中X光对医生和患者造成的辐射伤害。 骨科机器人系统涉及机器人、计算机控制、医学影像、计算机网络和外科医疗等诸多领域。实施机器人系统手术,是通过牵引系统——带电机的机械手,辅助医生完成折骨的牵引和固定,然后,双平面导航机器人系统用X光机从正面和侧面对患者的伤骨拍摄图像,经过计算机的精密计算,确定骨髓内钢钉锁孔的位置,引导医生完成对钢钉的锁定。 经临床统计,医学机器人手术平均时间约为4至7分钟,传统手术时间则为约10至14分钟;机器人手术平均X光暴露时间为1分多钟,传统手术约4至8分钟。 并非幻想的纳米医学机器人 去年4月,美国加州大学的科学家宣称,一种新式的具有强大灭杀能力的纳米微型医学机器人“纳米推进器”将有望在2010年进入临床,这种机器人可以在活细胞内快速的杀死癌细胞从而达到治愈癌症的目的。2007年10月20日,美国人工智能专家雷?库兹维尔教授披露,科学家正在研究对人类基因实现“重新编程”的技术,其结果将可以使人类寿命以每年增加至少1年的速度延长。 库兹维尔说,不久的将来人类的血液里将可以被植入一种名为“纳米虫”的机器人装置,“纳米虫”的大小近似人体血液细胞,它能够从细胞及分子的层面让人体变得更为健康。目前,生物学家已经发明出第一代“纳米虫”,且多次成功地在动物身上进行过实验。例如,科学家曾利用“纳米虫”成功治愈老鼠的糖尿病。美国麻省理工学院的研究者已经拥有一种特殊的监测技术,可以利用“纳米虫”发现血液中的癌细胞并消灭它们。预计25年后,科学家将研制出比第一代“纳米虫”功能强大10亿倍的类似装置,用来进一步加快人类寿命增长的速度。届时,未来人类寿命有望达到数百年。 这并不是异想天开,而是科学家们对纳米技术的发展进行认真评估之后作出的大胆猜想。在纳米科技的世界里,所有的物体都只有细胞大小,科学需要以科幻小说的方式来描述了。纳米(十亿分之一米)科技,虽然刚刚兴起,却正以飞快的速度发展着。 纳米技术造就了极微机器人,而由于极微医学机器人技术在各大医院——至少是发达国家的各大医院中普及,因心肌梗塞这样的疾病而死亡的可能性变得微乎其微。 可以预期,纳米医学的发展,将会导致人类认识世界、改造世界的一次大飞跃,使医学领域乃至整个生命科学领域发生重大变革。

  机器人用于医学方面的资料如下:

  医疗机器人是目前国外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一,其发展前景非常看好。近年来,医疗机器人技术引起美、法、德、意、日等国家学术界的极大关注,研究工作蓬勃兴起。二十世纪九十年代起,国际先进机器人计划(IARP)已召开过多届医疗外科机器人研讨会DARPA己经立项,开展基于遥控操作的外科研究,用于战伤模拟手术、手术培训、解剖教学。欧盟、法国国家科学研究中心也将机器人辅助外科手术及虚拟外科手术仿真系统作为重点研究发展的项目之一在发达国家已经出现医疗外科手术机器人市场化产品,并在临床上开展了大量的病例应用研究。

  与其它机器人相比,医疗机器人具有以下几个特点:①其作业环境一般在医院、街道、家庭及非特定的多种场合,具有移动性与导航、识别及规避能力,以及智能化的人机交互界面。在需要人工控制的情况下,还要具备远程控制能力。②医疗机器人的作业对象是人、人体信息及相关医疗器械,需要综合工程、医学、生物、药物及社会学等各个学科领域的知识开展研究课题。③医疗机器人的材料选择和结构设计必须以易消毒和灭菌为前提,安全可靠且无辐射。④以人作为作业对象的医疗机器人,其性能必须满足对状况变化的适应性、对作业的柔软性,对危险的安全性以及对人体和精神的适应性等。⑤医疗机器人之间及医疗机器人和医疗器械之间具有或预留通用的对接接口,包括信息通讯接口、人机交互接口、临床辅助器材接口以及伤病员转运接口等。

  例如:

  1、外科手术辅助导航系统作为外科医生的第三只眼, 可以让手术医师看到手术部位的内部结构, 避免了因医生经验不足而造成的手术失误,
使手术更安全、更可靠、更精确、更科学, 具有极其广阔的应用前景。

  2、 它已经成功地应用到神经外科、整形外科、泌尿科、脊椎、耳鼻喉科、眼科、膝关节切除以及腹腔镜等众多领域中。由此,
依靠医学成像、微装置、传感器、计算机和机械手等的辅助, 从一个开放的、完全的人工手术到辅助医生进行最小侵入性手术。另外,
医生在选择最佳的手术路径、执行复杂的外科手术和提高手术的成功率等方面也受益匪浅。

行业主要上市公司:天智航(688277)、威高(688161)、微创(02252.HK)、堃博医疗(02216.HK)等

本文核心内容:手术机器人行业市场规模、手术机器人行业竞争格局、手术机器人行业发展现状

行业发展概况

1、定义

手术机器人是一种精密的医疗设备,借助微创伤手术及相关基础技术的发展而发明。手术机器人被用于在狭小的手术部位实现人类能力范围以外的精准手术器械操控。手术机器人通常由手术控制台、配备机械臂的手术车及视像系统组成。外科医生坐在手术控制台,观看由放置在患者体内腔镜传输的手术部位三维影像,并操控机械臂的移动,以及该机械臂附带的手术器械及腔镜。机械臂模拟人类的手臂,为外科医生提供一系列仿真人体手腕的动作,同时过滤人手本身的震颤。

2、产业链剖析

我国手术机器人上游为机械臂、光学跟踪相机等;下游则是医院端的应用。

目前,我国手术机器人产业链上游主要由新松(300024)、埃斯顿(002747)、舜宇光学(02382.HK)、麦克奥迪(300341)、永新光学(603297)、凤凰光学(600071)等企业进行原材料供应。中游主要由天智航(688277)、威高(688161)、微创(02252.HK)、堃博医疗(02216.HK)等公司进行产品供应。

行业发展历程:行业处于成长期

早在2012年1月,我国就发布了政策指出加快发展精准手术机器人等前沿创新产品。在2015年7月,国家相关政策指出重点开发手术精准定位与导航、数据采集处理和分析技术。在2017年12月,相关政策指出我国鼓励腹腔镜手术机器人、神经外科手术机器人等高端设备产业化。在2021年6月,我国政策指出将积极推动手术机器人等智能医疗设备和智能辅助诊疗系统的研发与应用。

依托行业不同生命阶段关键因素的发展特征对行业的成熟度进行综合判定和分析,目前我国手术机器人行业处在行业发展期阶段。

行业政策背景:规范、鼓励双线政策带动行业发展

在2021年12月21日,工业和信息化部、国家卫生健康委员会、国家发展和改革委员会等十部门联合发布了《“十四五”医疗装备产业发展规划》,《规划》提出了2025年医疗装备产业发展的总体目标和2035年的远景目标。到2025年,医疗装备产业基础高级化、产业链现代化水平明显提升,主流医疗装备基本实现有效供给,高端医疗装备产品性能和质量水平明显提升,初步形成对公共卫生和医疗健康需求的全面支撑能力。到2035年,医疗装备的研发、制造、应用提升至世界先进水平;我国进入医疗装备创新型国家前列,为保障人民全方位、全生命期健康服务提供有力支撑。

依据近年来各省市发布的政策来看,有明确政策支持手术机器人行业的省份共有21个。此外,再根据近三年来发文数量判断出各省市对手术机器人产业的政策力度。

行业发展现状

1、市场规模:呈现快速上升态势

当下,中国手术机器人市场仍处于早期发展阶段,但增长潜力巨大;系由于中国的患者人数庞大且可能需要使用手术机器人进行的常规微创伤手术数量众多。根据弗若斯特沙利文的数据显示,2015-2018年期间,我国手术机器人市场规模呈现稳步增长;但自2019年起,我国手术机器人市场规模呈现快速增长态势。2020年,我国手术机器人市场规模约为4.3亿美元。根据弗若斯特沙利文初步统计,2021年我国手术机器人市场规模约为7.6亿美元。

2、细分领域:腔镜手术机器人呈现快速上升

根据中国国家卫生健康委员会在2020年7月发布的《国家卫生健康委关于调整2018–2020年大型医用设备配置规划的通知》指出2018年至2020年间计划向中国医疗机构销售合共225台腔镜手术机器人。根据弗若斯特沙利文的数据显示,中国腔镜手术机器人的市场规模从2015年的0.8亿美元上升至2021年的5.58亿美元。

行业竞争格局

1、区域竞争:区域性特征明显,集中在长江三角洲

从代表性企业区域分布看,主要分布在我国长江三角洲地带,像是江苏、上海、浙江等地。此外,我国手术机器人行业代表性企业还分布在北京和山东等地。

2、企业竞争:多数企业的产品仍处于在研状态,市场百花齐放

——竞争梯队:天智航和微创机器人引领中国市场

从业务关联度角度来看,目前天智航和微创机器人的手术机器人业务关联度在90%以上,主营业务均为手术机器人的研发、生产和销售。第二梯队为威高股份;其次是堃博医疗、联影和润迈德医疗,值得注意的是三家公司的手术机器人均在研发过程中。

——业务布局:重点集中在腔镜、骨科手术领域

目前,我国手术机器人主要集中在腔镜手术机器人、关节手术机器人、脊柱手术机器人、泛血管手术机器人、经自然腔道手术机器人和经皮穿刺手术机器人当中;涉及泌尿外科、骨科、呼吸科等领域。特别注意的是,在各个领域中,均有海外企业的在华布局。

行业发展前景及趋势预测

1、行业发展趋势:全面推广手术机器人的研制与应用

在2021年1月29日,国家发改委发布了《关于进一步完善预约诊疗制度加强智慧医院建设的通知》;指出推广手术机器人、手术导航定位等智能医疗设备研制与应用。此外,国家更是鼓励企业加强自主创新,早日实现手术机器人的应用。

2、行业发展前景:2027年市场规模约为49亿美元左右

在2021年6月4日,国务院发布了《关于推动公立医院高质量发展的意见》;《意见》指出将推动手术机器人等智能医疗设备和智能辅助诊疗系统的研发与应用。根据弗若斯特沙利文的数据显示,2027年中国手术机器人市场规模将达到49亿美元左右。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国医疗机器人行业市场前瞻与投资规划深度分析报告



机器人用与医学方面的资料
答:根据用途医疗机器人大致可以分为救援机器人、手术机器人、转运机器人和康复机器人。手术机器人在具备了机器人的基本特点同时,还有其自身的选位准确、动作精细、避免病人感染等特点。在血管缝合手术时,人工很难进行细于1 mm以下的血管缝合,如果使用手术机器人,血管缝合手术可以达到小于0.1 mm的精度;用手术机器人进行手术...

机器人用于医学方面的资料
答:骨科机器人系统涉及机器人、计算机控制、医学影像、计算机网络和外科医疗等诸多领域。实施机器人系统手术,是通过牵引系统——带电机的机械手,辅助医生完成折骨的牵引和固定,然后,双平面导航机器人系统用X光机从正面和侧面对患者的伤骨拍摄图像,经过计算机的精密计算,确定骨髓内钢钉锁孔的位置,引导医生完...

人工智能在医学领域的应用包括
答:3、医疗机器人,机器人在医疗领域的应用非常广泛,比如智能假肢、外骨骼和辅助设备等技术修复人类受损身体,医疗保健机器人辅助医护人员的工作等。目前,关于机器人在医疗界中的应用的研究主要集中在外科手术机器人、康复机器人、护理机器人和服务机器人方面。

上海推出医学检测机器人 可对医院检测提供帮助
答:新冠病毒检测是当下使用医学检测机器人的重要场景,该机器人可配合智能冰箱、完成样本处理自动化模块、核酸提取仪等设备实现样本、试剂等物料的快速取放和移载。据测算,一个20人左右的检测实验室中引入一台医学检测复合机器人,可减少一半的检测人员配备。我国现有的医疗资源两极分化,大一点的医疗机构服务质...

...院附属杭州市第一人民医院:16例手术!植发机器人临床试验入组完成...
答:通过先进的成像分析技术,HAIRO®机器人能精确识别并提取毛囊,减少损伤率。手术过程中,机器人的持久稳定性能减少了人力需求,患者的术后恢复良好,满意度高,预示着未来更大的临床应用前景。西湖大学医学院附属杭州市第一人民医院的这一成就标志着磅策医疗在消费医疗领域的重大突破,也是植发机器人...

微型机器人在医学上有什么应用?
答:外科医生能够遥控微型机器人做毫米级视网膜开刀手术,在眼球运动的条件下,进行切除弹性网膜或个别病理细胞,接通切断的神经,在病人体内或血管中穿行,发现癌细胞立即把它们杀死以及刮去主动脉上堆积的脂肪等。用微型机器人胃镜可以放进胃内对胃进行全面检查。

机器人怎样在医用领域实际操作的?
答:外科手术机器人的应用领域主要分为微创外科手术机器人和手术中影像引导医用机器人。1.1微创外科手术机器人微创外科手术(微创手术)即医用内窥镜手术,符合当今国际生物医学工程领域提出的少创和无创手术的发展趋势,得到了很大的发展。特别是近年来,微型机械电子系统(MEMS)研究的开展和深入,使得微小技术、微型系统获得迅速的...

法研究人员研制DNA“机器人”用于探索细胞机制,这有什么用处?
答:法国卫生和医学研究所近日发布公报说,该国研究人员利用“DNA折纸术”构建出纳米级的DNA“机器人”,可用于探索细胞对微观尺度机械刺激的感受机制。法研究人员研制DNA“机器人”用于探索细胞机制,这有什么用处?1、官方报道 研究人员利用“DNA折纸术”设计出一个...

金属和塑料微型机器人如何改变医学领域?
答:微型革命:金属与塑料的融合开启医学新纪元在医学领域,一场革命性的转变正在悄然酝酿。苏黎世联邦理工学院的科研精英们,以突破性的技术,成功地将金属与塑料的微型机器人梦想变为现实。他们的创新,让这些微米级的“医疗守护者”有可能彻底革新我们的医疗实践。这些微型机器人小到足以在人体血管中游走,精准...

AI医疗技术有哪些重要应用?
答:智能医疗智能诊疗就是将人工智能技术应用于疾病诊疗中,计算机可以帮助医生进行病理,体检报告等的统计,通过大数据和深度挖掘等技术,对病人的医疗数据进行分析和挖掘,自动识别病人的临床变量和指标。人工智能在医学中的应用主要有:电子病历、影像诊断、医疗机器人、健康管理、药物研发。人工智能技术在医学邻域...