人形機(jī)器人手術(shù)第一刀：華人科學(xué)家用宇樹G1完成活體膽囊切除

一臺(tái)身高 1.5 米、體重 27 公斤的通用人形機(jī)器人，在一頭豬身上完成了腹腔鏡膽囊切除術(shù)。7 月 8 日發(fā)表在《自然》上的這篇論文來自加州大學(xué)圣迭戈分校（UCSD）。研究團(tuán)隊(duì)一共完成了兩臺(tái)手術(shù)：第一臺(tái)由一臺(tái)人形機(jī)器人主刀、一名人類外科醫(yī)生在床旁輔助；第二臺(tái)由兩臺(tái)人形機(jī)器人并排站在手術(shù)臺(tái)旁，以機(jī)器人搭檔的方式完成。兩臺(tái)手術(shù)均未中途轉(zhuǎn)為傳統(tǒng)腹腔鏡或開放手術(shù)。這是迄今為止，通用人形機(jī)器人第一次完成活體手術(shù)。

執(zhí)行這臺(tái)手術(shù)的機(jī)器人綽號(hào)叫 Surgie，其本體是一個(gè)宇樹 G1 機(jī)器人，身高約 1.5 米，體重約 27 公斤。研究團(tuán)隊(duì)為手術(shù)場景做了專門改造：他們設(shè)計(jì)了一副連接裝置，讓機(jī)器人的手能握住韓國公司 LivsMed 生產(chǎn)的商用腕式腹腔鏡器械（和人類外科醫(yī)生用的同款）。

器械末端的開合由伺服驅(qū)動(dòng)的手指接口控制，夾持角度實(shí)時(shí)映射到 0 至 45 度范圍。外科醫(yī)生坐在操控臺(tái)前，通過立體視頻頭顯觀看內(nèi)窺鏡畫面，用一對(duì)主手操控器（MTM）驅(qū)動(dòng)機(jī)器人雙臂。

整套遙操作框架由論文第一作者兼通訊作者、UCSD 電氣與計(jì)算機(jī)工程系在讀博士生梁澤楷（Lucas Zekai Liang）設(shè)計(jì)搭建，他在該校 Michael Yip 實(shí)驗(yàn)室研究手術(shù)機(jī)器人和機(jī)器人學(xué)習(xí)，這也是他博士期間的核心工作。

圖丨手術(shù)人形平臺(tái)的遙操作系統(tǒng)（來源：Nature）

相比之下，目前全球裝機(jī)量最大的手術(shù)專用機(jī)器人系統(tǒng)是達(dá)芬奇（da Vinci），需配備三到四條專用機(jī)械臂、專有器械和軟件系統(tǒng)。整套設(shè)備重約 816 公斤，售價(jià)在 180 萬到 250 萬美元之間，手術(shù)室通常需要專門改造才能容納它。

而 Surgie 重僅 27 公斤，可以像人一樣走進(jìn)手術(shù)室，站到手術(shù)臺(tái)旁就能工作。論文共同通訊作者、UCSD 外科助理教授 Shanglei Liu 說：“成本是它（達(dá)芬奇）的一個(gè)零頭，占用的空間也是一個(gè)零頭。從偏遠(yuǎn)農(nóng)村到戰(zhàn)場，甚至太空，都容易部署?！?/p>

但要讓一臺(tái)通用人形機(jī)器人做腹腔鏡手術(shù)，首先得解決一個(gè)核心工程難題。腹腔鏡手術(shù)中，所有器械都穿過腹壁上的套管穿刺口進(jìn)入體內(nèi)，操作過程中器械必須始終繞穿刺口這個(gè)固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，外科術(shù)語叫“遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心”（RCM）。

達(dá)芬奇通過精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)硬性固定住，人形機(jī)器人沒有這種專用結(jié)構(gòu)，必須靠視覺感知和控制算法“虛擬地”維持支點(diǎn)位置。研究團(tuán)隊(duì)在套管口貼上 ArUco 視覺標(biāo)記碼，由機(jī)器人頭部攝像頭識(shí)別定位，再通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解器實(shí)時(shí)調(diào)整手臂姿態(tài)，使器械始終繞穿刺口旋轉(zhuǎn)。這是整套系統(tǒng)能做手術(shù)的前提條件，也是后來在活體手術(shù)中反復(fù)出問題的地方。

那精度到底夠不夠？論文在干實(shí)驗(yàn)環(huán)境下做了系統(tǒng)對(duì)比。在一項(xiàng)雙手橡皮圈替換任務(wù)中，18 名不同經(jīng)驗(yàn)水平的參與者分別使用人形機(jī)器人、dVRK（達(dá)芬奇研究套件）和徒手操作三種方式完成任務(wù)，人形機(jī)器人的加權(quán)誤差為 4.53，dVRK 為 4.59，精度幾乎一樣；在外科醫(yī)生群體中，使用人形機(jī)器人時(shí)的誤差甚至最低。

但完成時(shí)間差距明顯，dVRK 平均 43 秒，人形機(jī)器人要慢得多。系統(tǒng)的跟隨延遲約 156 毫秒，也就是從外科醫(yī)生移動(dòng)操控器到機(jī)器人手臂做出響應(yīng)之間有這么長的時(shí)滯。

另一項(xiàng) FLS（基礎(chǔ)腹腔鏡技能）釘子轉(zhuǎn)移測試中，13 名參與者參與，達(dá)芬奇 Xi 在評(píng)分和用時(shí)上均領(lǐng)先。總體來看，Surgie 的精度已經(jīng)夠用，但速度還差得遠(yuǎn)。

圖丨用戶研究任務(wù)的操作性能及研究后調(diào)查結(jié)果（來源：Nature）

在活體手術(shù)中，這個(gè)差距體現(xiàn)得更加明顯。論文詳細(xì)記錄了兩臺(tái)手術(shù)的時(shí)間構(gòu)成，結(jié)果顯示這套系統(tǒng)在組織解剖、關(guān)鍵安全視野的獲取、鈦夾夾閉、膽囊從肝床的游離等核心手術(shù)步驟的執(zhí)行效率并不低，論文形容為“在早期機(jī)器人系統(tǒng)中罕見”。

但手術(shù)中多次出現(xiàn)超過 3 分鐘的長暫停，原因都是虛擬 RCM 的漂移：動(dòng)物呼吸引起腹壁起伏，加上機(jī)器人底座的微小位移，虛擬支點(diǎn)不斷偏離，漂移過大就必須暫停、重新校準(zhǔn)整套系統(tǒng)。

在第一臺(tái)手術(shù)中，第二臺(tái)人形機(jī)器人曾短暫接管持鏡和組織牽引，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)機(jī)器人在手術(shù)臺(tái)旁的實(shí)時(shí)協(xié)作；但兩臺(tái)手術(shù)的大部分床旁輔助仍由人類醫(yī)生完成。第二臺(tái)手術(shù)出現(xiàn)了輕度膽汁泄漏和肝床出血，用吸引器和電凝處理后解決，未造成嚴(yán)重并發(fā)癥。

那么，為什么還要費(fèi)力做這件事？

答案在手術(shù)室之外。在全球，約有 67% 的人口無法獲得基本的外科手術(shù)服務(wù)，許多低收入國家每 10 萬人中受過訓(xùn)練的外科醫(yī)生不到 1 名。即使在美國，預(yù)計(jì)到 2036 年也將面臨超過 1 萬名外科?？漆t(yī)生的短缺。

而醫(yī)療專用的達(dá)芬奇系統(tǒng)解決不了這個(gè)問題。這臺(tái)售價(jià)上千萬元人民幣、重達(dá) 800 多公斤、需要專門改造手術(shù)室和大型團(tuán)隊(duì)才能安裝調(diào)試的設(shè)備，不可能被部署到偏遠(yuǎn)社區(qū)或野戰(zhàn)醫(yī)院。而一臺(tái) 27 公斤的人形機(jī)器人，至少在物理?xiàng)l件上不存在這個(gè)障礙。

論文的另一位通訊作者、UCSD 電氣與計(jì)算機(jī)工程教授 Michael Yip 說：“很多社區(qū)苦于手術(shù)團(tuán)隊(duì)人手不足，患者得不到治療。我們的目標(biāo)是未來的手術(shù)室，人形機(jī)器人和人類醫(yī)生并肩工作，作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)向需要手術(shù)的人提供服務(wù)。”

（來源：UC San Diego Today）

更重要的是，人形機(jī)器人是通用平臺(tái)。不做手術(shù)的時(shí)候，它還能搬運(yùn)器械、清理手術(shù)室、在病房執(zhí)行其他輔助任務(wù)。這種多功能性對(duì)資源緊張的醫(yī)療環(huán)境尤其有用。

但從“在豬身上做成了”到“在人身上能用”之間的距離，還相當(dāng)遙遠(yuǎn)。論文中列出了一大批還有待改進(jìn)的不足：如運(yùn)動(dòng)范圍受限、力輸出不足、校準(zhǔn)漂移頻繁、無菌方案未解決，而且全程需要人類遠(yuǎn)程操控，自主性為零。參與手術(shù)的外科醫(yī)生在反饋中也直言，在技術(shù)可行性和臨床可用性之間存在明顯的鴻溝。

這些問題和 25 年前專用手術(shù)機(jī)器人初登場時(shí)面臨的困境非常類似。Shanglei Liu 也提到了一個(gè)參照：1997 年第一臺(tái)機(jī)器人腹腔鏡膽囊切除術(shù)花了好幾個(gè)小時(shí)，今天同樣的手術(shù) 30 分鐘就能完成。不過，達(dá)芬奇在解決了速度和精度之后，它 816 公斤的體重和上千萬元的售價(jià)，至今仍讓全世界三分之二需要手術(shù)的人用不上它。

參考資料：

1.https://www.nature.com/articles/s41586-026-10796-x

2.https://today.ucsd.edu/story/surgeons-use-teleoperated-humanoid-robots-to-perform-live-surgery-a-world-first

運(yùn)營/排版：何晨龍

注：封面/首圖由 AI 輔助生成