The COVID-19 pandemic has imposed serious challenges in multiple perspectives of human life. To diagnose COVID-19, oropharyngeal swab (OP SWAB) sampling is generally applied for viral nucleic acid (VNA) specimen collection. However, manual sampling exposes medical staff to a high risk of infection. Robotic sampling is promising to mitigate this risk to the minimum level, but traditional robot suffers from safety, cost, and control complexity issues for wide-scale deployment. In this work, we present soft robotic technology is promising to achieve robotic OP swab sampling with excellent swab manipulability in a confined oral space and works as dexterous as existing manual approach. This is enabled by a novel Tstone soft (TSS) hand, consisting of a soft wrist and a soft gripper, designed from human sampling observation and bio-inspiration. TSS hand is in a compact size, exerts larger workspace, and achieves comparable dexterity compared to human hand. The soft wrist is capable of agile omnidirectional bending with adjustable stiffness. The terminal soft gripper is effective for disposable swab pinch and replacement. The OP sampling force is easy to be maintained in a safe and comfortable range (throat sampling comfortable region) under a hybrid motion and stiffness virtual fixture-based controller. A dedicated 3 DOFs RCM platform is used for TSS hand global positioning. Design, modeling, and control of the TSS hand are discussed in detail with dedicated experimental validations. A sampling test based on human tele-operation is processed on the oral cavity model with excellent success rate. The proposed TOOS robot demonstrates a highly promising solution for tele-operated, safe, cost-effective, and quick deployable COVID-19 OP swab sampling.


翻译:COVID-19大流行给人类生活带来多种视角的严重挑战。诊断 COVID-19(OP SWAB)取样通常用于病毒性核酸(VNA)样本收集。然而,人工取样使医务人员面临感染的高度风险。机器人取样有望将这一风险降低到最低水平,但传统机器人在大规模部署方面面临着安全、成本和控制复杂问题。在这项工作中,我们展示软机器人技术,有望在封闭的口腔空间中以优优优的擦洗手法进行取样,并像现有的手工方法一样,以极易变异的方式进行。这得益于新型的Tstone软手(TSS),由软手和软握手力构成,通过人体取样观察和生物吸入设计,将这一风险降低到最低程度,但传统机器人在安全、成本和控制模型上要达到与人手相比的相似的宽度。软手腕能够以可调整的硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性软性硬性软性硬性地进行取样。 终端的软性软性控制软性控制软性硬性硬性硬性硬性握式软性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能,在操作性能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能和弹性能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能和弹性能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能能

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