UCSD醫(yī)生：人形機(jī)器人首次活體手術(shù)成功，從概念到實(shí)踐僅9個(gè)月

9個(gè)月——這不是某款消費(fèi)電子從立項(xiàng)到上市的時(shí)間，而是一臺(tái)真人大小、雙腿站立的人形機(jī)器人從“能拿手術(shù)刀嗎”的念頭，走到在活豬身上完成膽囊切除手術(shù)的全部周期。近日，加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校（UCSD）的工程團(tuán)隊(duì)與外科醫(yī)生聯(lián)手，讓一臺(tái)雙足人形機(jī)器人成功執(zhí)行了腹腔鏡膽囊摘除術(shù)。這也是人形機(jī)器人第一次在活體動(dòng)物身上完成手術(shù)。這項(xiàng)可行性研究刊登在《自然》雜志上，給出的信號(hào)很明確：當(dāng)一臺(tái)會(huì)走路、能轉(zhuǎn)向的機(jī)器人站上手術(shù)臺(tái)，外科醫(yī)生即便遠(yuǎn)在天邊，也可能落刀精準(zhǔn)。

過去幾年，人形機(jī)器人正在以肉眼可見的速度滲透進(jìn)人類生活——從運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上的機(jī)械運(yùn)動(dòng)員到工廠車間里的全能裝配工，從拍宣傳片的網(wǎng)紅到承擔(dān)基礎(chǔ)配送任務(wù)的“跑腿員”，它們的身影一天比一天多。但要說真正進(jìn)入布滿無(wú)菌簾和無(wú)影燈的手術(shù)室，這還是頭一回。為了摸清這類機(jī)器人的手術(shù)潛力，UCSD的工程師和外科醫(yī)生走到了一起，決定在一套嚴(yán)格受控的實(shí)驗(yàn)流程中，從頭到尾測(cè)試一臺(tái)雙足人形機(jī)器人究竟能不能拿得起刀、切得準(zhǔn)組織、扛得住延遲。

這里需要先交代一個(gè)背景。腹腔鏡手術(shù)在今天的臨床中早已不是什么稀罕事，機(jī)器人輔助腹腔鏡系統(tǒng)更是許多大醫(yī)院的標(biāo)準(zhǔn)配置。最廣為人知的當(dāng)屬達(dá)·芬奇系統(tǒng)：外科醫(yī)生坐在控制臺(tái)前，像玩游戲一樣操縱三到四只機(jī)械臂，其中一支機(jī)械臂上掛著三維高清攝像頭，能把腹腔內(nèi)的畫面放大十倍，然后醫(yī)生用搖桿和腳踏板精準(zhǔn)控制器械，完成分離、鉗夾、縫合等精細(xì)操作。但達(dá)·芬奇系統(tǒng)的機(jī)械臂是通過多個(gè)固定底座從腹壁穿刺入路，機(jī)器的身體其實(shí)牢牢栓在手術(shù)床邊，并不會(huì)像人一樣移動(dòng)腳步。而這次UCSD團(tuán)隊(duì)用的，是一臺(tái)真正長(zhǎng)著兩條腿、能走能站的人形機(jī)器人，它需要像一名初入手術(shù)室的實(shí)習(xí)醫(yī)生那樣，自己找好位置、穩(wěn)住重心，然后在人的遙控下完成一連串精細(xì)動(dòng)作。

整個(gè)研究更像一場(chǎng)緊張有序的“帶教”過程，而且時(shí)間線清晰得讓人驚訝。第一步是臺(tái)式任務(wù)測(cè)試。研究人員先在桌面上鋪開一堆沒有生命的物件——比如標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)器械、模擬組織模型和一些需要精確抓取的小零件，讓機(jī)器人反復(fù)練習(xí)。每一秒的操作都由一位經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)生在后方遙控，機(jī)器人的機(jī)械手指怎么捏持、腕關(guān)節(jié)怎么旋轉(zhuǎn)、手臂怎么移動(dòng)，全都經(jīng)由主刀醫(yī)生傳到指令臺(tái)再反饋給機(jī)器。這個(gè)階段的目的很單純：確認(rèn)這臺(tái)機(jī)器人具備執(zhí)行手術(shù)所需的精細(xì)運(yùn)動(dòng)能力，而不是只會(huì)揮手打招呼或者搬運(yùn)箱子。數(shù)不清的重復(fù)下來，人機(jī)配合漸漸有了默契，團(tuán)隊(duì)終于覺得可以推進(jìn)到下一步。

然后，真正的活體手術(shù)登場(chǎng)。研究對(duì)象是經(jīng)麻醉的豬——豬的腹腔結(jié)構(gòu)和人類接近，尤其膽囊的位置和管腔尺寸在手術(shù)培訓(xùn)中常被用作標(biāo)準(zhǔn)模型。手術(shù)室里一邊是主控臺(tái)前的外科醫(yī)生，他通過遙控界面像指揮一個(gè)高級(jí)助手那樣給機(jī)器人發(fā)送指令；另一邊是床邊輔助醫(yī)生，隨時(shí)準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)意外。手術(shù)目標(biāo)很明確：用腹腔鏡方式把膽囊完整切下來，同時(shí)不讓周圍組織受到不必要損傷。這是一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的膽囊切除術(shù)，在人類身上也是腹腔鏡入門和進(jìn)階的分水嶺級(jí)手術(shù)，對(duì)精細(xì)度要求一點(diǎn)也不低。

手術(shù)進(jìn)行到關(guān)鍵步驟時(shí)，團(tuán)隊(duì)還做了一個(gè)大膽的附加實(shí)驗(yàn)：他們短暫地引入了第二臺(tái)人形機(jī)器人，讓它從另一個(gè)角度協(xié)助第一臺(tái)。好比在微創(chuàng)手術(shù)里臨時(shí)多了一雙手，幫忙拉開組織或者調(diào)整視野。兩臺(tái)機(jī)器人同時(shí)在場(chǎng)的時(shí)間雖然不長(zhǎng)，但這個(gè)動(dòng)作本身已經(jīng)透露了未來多機(jī)器人協(xié)同手術(shù)的一角輪廓。最終，這臺(tái)由人形機(jī)器人主刀的膽囊切除術(shù)順利完成，切下的膽囊被穩(wěn)妥地取出，過程中僅有一處輕微出血，經(jīng)即時(shí)止血處理后未影響手術(shù)進(jìn)程。對(duì)于一次概念驗(yàn)證級(jí)別的測(cè)試來說，這是一個(gè)干凈利落的滿分答卷。

但這臺(tái)手術(shù)帶來的真正觸動(dòng)，并不僅僅在于“一次都沒失敗”的結(jié)果，而在于參與其中的醫(yī)生們感受到的那種似曾相識(shí)的熟悉和可以預(yù)見的加速度。UCSD的外科醫(yī)生Shanglei Liu事后這樣描述他的手術(shù)體驗(yàn)：“用雙足人形機(jī)器人做手術(shù)的感受，和當(dāng)年現(xiàn)代機(jī)器人手術(shù)剛起步的時(shí)候很像，有類似的局限性——器械之間會(huì)碰撞，信號(hào)偶爾延遲，而且術(shù)中需要頻繁重新校準(zhǔn)機(jī)器人的位置。但有一點(diǎn)非常重要：最早的機(jī)器人手術(shù)平臺(tái)花了幾十年才成功在豬身上完成活體手術(shù)，而我們這個(gè)項(xiàng)目從最初的概念到完成手術(shù)，前后只用了9個(gè)月。正因如此，我預(yù)計(jì)完善這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)化曲線，會(huì)比當(dāng)年快得多，而且是呈指數(shù)級(jí)加速。”

這番話背后藏著一個(gè)容易被忽略的對(duì)比。達(dá)·芬奇系統(tǒng)從上世紀(jì)80年代的早期構(gòu)思走到活體動(dòng)物手術(shù)驗(yàn)證，中間跨越了將近二十年，再經(jīng)過十余年才大規(guī)模進(jìn)入臨床應(yīng)用。而今天的人形機(jī)器人站在了完全不同技術(shù)基礎(chǔ)上的新起點(diǎn)：計(jì)算能力呈量級(jí)增長(zhǎng)，遙控延遲被光纖和5G壓到毫秒級(jí)，傳感器陣列的精度和實(shí)時(shí)反饋能力早已不是早年可以想象。Liu醫(yī)生嘴里的“指數(shù)級(jí)加速”，正是建立在這些交叉技術(shù)紅利之上的判斷——同樣的路程，這一代人可能用不了幾年就會(huì)走完。

真正主刀這臺(tái)手術(shù)的，是外科醫(yī)生Ryan Broderick。他的手下不是直接握著手術(shù)器械，而是一套遙控手柄，機(jī)器的雙臂忠實(shí)地復(fù)制著他手掌、手指的每一次微動(dòng)。“每次試用一項(xiàng)新技術(shù)，總會(huì)有一定程度的緊張和期待，”Broderick這樣回憶他的術(shù)前心情，“但也還好，因?yàn)檫@技術(shù)在開發(fā)階段我們已經(jīng)反復(fù)摸過，心里算是有底。人形機(jī)器人操作起來跟目前市售的一些機(jī)器人系統(tǒng)非常相似，本質(zhì)上是相通的。當(dāng)然，病例過程中確實(shí)出現(xiàn)了一些明顯的延遲，也需要中途重新校準(zhǔn)，不過對(duì)于一臺(tái)概念驗(yàn)證機(jī)來說，這些都在預(yù)期之內(nèi)。”

這句“在預(yù)期之內(nèi)”很重要。它坦白地揭示了現(xiàn)階段人形手術(shù)機(jī)器人還不完美的事實(shí)：信號(hào)延遲意味著醫(yī)生的手感和機(jī)器人終端動(dòng)作之間仍有一絲肉眼可見的時(shí)差；器械之間的碰撞源自多條機(jī)械臂在狹窄腹腔內(nèi)的路徑?jīng)_突，如果沒有足夠智能的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法，就容易出現(xiàn)“左手打右手”的尷尬；而需要頻繁重新校準(zhǔn)則說明，雙足平臺(tái)在維持位姿穩(wěn)定性上還不及固定基座的專有手術(shù)機(jī)器人。但話說回來，所有第一代技術(shù)都帶著這種“不完美”出生，關(guān)鍵要看這些短板是否屬于工程努力就能逐步消解的問題，以及它們解決的代價(jià)是不是小到足以被收益覆蓋。

從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來看，研究團(tuán)隊(duì)顯然對(duì)這些潛在路徑心中有數(shù)。他們選的雙足人形機(jī)器人不是為了炫技，而是看中了它在靈活性上的天然優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)手術(shù)機(jī)器人基座固定，每臺(tái)機(jī)器人能覆蓋的手術(shù)野受到機(jī)械臂工作半徑的限制，如果要在多個(gè)體腔區(qū)域間切換，術(shù)中往往需要重新擺位甚至調(diào)換病人體位。而一個(gè)能自己“走著”調(diào)整站位的機(jī)器人，理論上可以像人類巡回護(hù)士那樣，從手術(shù)臺(tái)的這一側(cè)走到那一側(cè)，從腹腔上區(qū)走到盆腔，只需要移動(dòng)腳下幾步，就能擴(kuò)展工作空間。尤其在展望遙遠(yuǎn)未來的遠(yuǎn)程手術(shù)場(chǎng)景時(shí)，這種移動(dòng)能力的價(jià)值會(huì)被進(jìn)一步放大——醫(yī)生在一座城市的主控臺(tái)前，而機(jī)器人可能身處另一片大陸甚至更遠(yuǎn)，缺少就地輔助人手的情況下，機(jī)器人的自主移動(dòng)能力就是手術(shù)可完成性的兜底保障。

這也就自然引出了這項(xiàng)研究最富想象空間的暗示：它為遠(yuǎn)距離手術(shù)，尤其是極端環(huán)境下的遠(yuǎn)方手術(shù)，提供了一條新的技術(shù)通路。雖然本次實(shí)驗(yàn)所有控制都在同一個(gè)物理空間內(nèi)完成，但控制鏈路的架構(gòu)本質(zhì)上并不依賴地理距離。只要通訊帶寬足夠、延遲可控，主刀醫(yī)生可以在數(shù)百公里之外，通過人形機(jī)器人對(duì)患者施行手術(shù)。對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)、極地科考站或者深空飛行任務(wù)而言，這種“身體在現(xiàn)場(chǎng)、大腦在遠(yuǎn)端”的救治模式，可能徹底改變緊急外科干預(yù)的天花板。

把時(shí)間線再拉回這9個(gè)月的起點(diǎn)，這個(gè)項(xiàng)目走出的每一步都暗合著工程領(lǐng)域一個(gè)常見的規(guī)律：當(dāng)你把成熟模塊用新方式組合時(shí)，突破常常比預(yù)想中來得更早。人類已經(jīng)花了幾十年把機(jī)械臂做到極端精密，把三維視覺算法訓(xùn)練到可以實(shí)時(shí)重建軟組織模型，把網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲壓縮到一個(gè)可以讓遠(yuǎn)程操控變?yōu)榭赡艿牡夭剑欢诵螜C(jī)器人本體的行走平衡、手爪靈巧性、全身協(xié)調(diào)控制也在過去五年間密集突破。UCSD團(tuán)隊(duì)所做的，本質(zhì)上是一次跨技術(shù)領(lǐng)域的組裝——把最像人的一個(gè)機(jī)器人平臺(tái)，接入到最需要人體