中醫(yī)藥智能養(yǎng)老機(jī)器人設(shè)計(jì)探討研究

燕燕 劉麗媛 陳輝丹 劉昱良 張淑敏

摘 要 伴隨今中國(guó)社會(huì)老齡化的大環(huán)境和中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與普及，本研究目的在于解決老人居家養(yǎng)老問(wèn)題，增添老人養(yǎng)老樂(lè)趣;研究問(wèn)題在于如何更好地解決養(yǎng)老問(wèn)題;利用應(yīng)用軟件對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操控，選擇合適的機(jī)器人工作模式，輔助居家養(yǎng)老，通過(guò)人工智能和手機(jī)應(yīng)用軟件的結(jié)合，設(shè)計(jì)全方位的對(duì)老人進(jìn)行健康監(jiān)護(hù)，讓監(jiān)護(hù)人清楚地了解老人居家生活的情況，同時(shí)突出中醫(yī)藥智能養(yǎng)老優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞 人工智能;居家養(yǎng)老;應(yīng)用軟件

1 項(xiàng)目背景

中國(guó)于2000年已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)。據(jù)調(diào)查，2011年到2015年間，全國(guó)60歲及以上的老年人已經(jīng)由1.78億增加到了2.21億，老年人口所占比重也由13.26%增至16%，調(diào)查的結(jié)果已經(jīng)顯示我國(guó)與其他國(guó)家相比較已經(jīng)提前進(jìn)入老齡化社會(huì)[1]。據(jù)調(diào)查顯示，我國(guó)老年人口占世界老年人口總數(shù)的20%，而且人口老齡化的年均增長(zhǎng)率約為世界總?cè)丝谠鲩L(zhǎng)率的5倍[2]。

通過(guò)對(duì)中國(guó)老齡化現(xiàn)象的分析，我國(guó)老齡化呈現(xiàn)高齡化趨勢(shì)且獨(dú)居、空巢老人增速加快，比重增高。一方面，高齡老人作為老年人中最為脆弱的群體，其病殘率相對(duì)更高，需要的關(guān)心程度也愈多。而這是解決好養(yǎng)老問(wèn)題的重難點(diǎn)。另一方面，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，三世同堂的傳統(tǒng)家庭模式愈來(lái)愈少，家庭趨向小型化?？旃?jié)奏的城市生活減少了子女陪伴父母的時(shí)間，我國(guó)家庭養(yǎng)老功能逐漸弱化。據(jù)最新調(diào)查顯示，預(yù)計(jì)到2020年，獨(dú)居、空巢老人將成為老年人中的“主力軍”[3]。

同樣不斷攀升的還有中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，隨著近年智能手機(jī)在國(guó)內(nèi)越來(lái)越普及，中國(guó)的手機(jī)網(wǎng)民人數(shù)達(dá)6.20億，規(guī)模較大，其中有1.27億人只使用手機(jī)的上網(wǎng)功能[4]。截止 2014 年底，我國(guó)移動(dòng)醫(yī)療市場(chǎng)規(guī)模30億元，預(yù)計(jì)到2017年可增至130 億元[4]。

2 研究目的與解決問(wèn)題

2.1 研究目的

目前階段解決老齡化問(wèn)題帶來(lái)的壓力的中堅(jiān)力量仍然是政府部門，且目前的主要措施仍然是建立社區(qū)養(yǎng)老服務(wù)。然而在中國(guó)傳統(tǒng)影響下，大多數(shù)老人更偏向于居家養(yǎng)老。但是居家養(yǎng)老帶來(lái)的問(wèn)題也影響著老人與子女的抉擇。

為了老人居家養(yǎng)老，減輕政府養(yǎng)老負(fù)擔(dān)，團(tuán)隊(duì)利用人工智能與手機(jī)APP操作相協(xié)調(diào)，操作機(jī)器人進(jìn)行居家巡視，幫助家人判斷老人狀態(tài)并及時(shí)通過(guò)APP手機(jī)端向家人發(fā)送老人摔倒或出門警報(bào)，平時(shí)可以向老人語(yǔ)音播報(bào)養(yǎng)生資訊等有益身心的訊息，增添老人居家養(yǎng)老樂(lè)趣。同時(shí)將中醫(yī)藥養(yǎng)老保健融入智慧養(yǎng)老過(guò)程。

2.2 研究問(wèn)題

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟，人工智能、大數(shù)據(jù)等互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)及應(yīng)用慢慢滲透進(jìn)入了社會(huì)生活中，越來(lái)越多的問(wèn)題可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能等解決。中國(guó)老齡化日益加劇，如何更好地解決養(yǎng)老成為人們普遍關(guān)注的話題。本項(xiàng)目研究問(wèn)題在于如何更好地解決養(yǎng)老問(wèn)題;如何使人工智能與老人聯(lián)系更加緊密;如何使人工智能更有力地解決老人居家養(yǎng)老問(wèn)題;如何使人工智能變得更適合居家養(yǎng)老與生活。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

隨著互聯(lián)網(wǎng)及人工智能的高速發(fā)展，養(yǎng)老模式也隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展開始發(fā)生變化，本項(xiàng)目結(jié)合了人工智能及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，面向家庭，由安卓開發(fā)的手機(jī)APP遠(yuǎn)程連接護(hù)養(yǎng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)老年人的護(hù)養(yǎng)工作。

為保護(hù)用戶隱私和更好地護(hù)理老年人加以必要信息的錄入功能，而APP可自由選擇不同的操作模式，以貼合不同家庭和場(chǎng)合的需要。護(hù)養(yǎng)機(jī)器人設(shè)為可愛(ài)的形象，在外觀上可以給予老人一定的心理上的慰藉。

本項(xiàng)目利用應(yīng)用軟件對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操控，選擇合適的機(jī)器人工作模式，輔助居家養(yǎng)老。機(jī)器人在老人居家養(yǎng)老過(guò)程中提供家庭巡視防止老人突然摔倒卻無(wú)監(jiān)護(hù)人救護(hù)，在老人發(fā)生意外后向手機(jī)軟件使用者發(fā)送通知，并保存老人錄影后向監(jiān)護(hù)人提供，成為監(jiān)護(hù)人判斷老人是否安全的依據(jù)以便后續(xù)監(jiān)護(hù)人報(bào)警救護(hù)等工作展開。

3.1 應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

應(yīng)用軟件的特色主功能有各種選擇機(jī)器人工作的模式，如：巡視模式，防摔倒模式，跟隨模式; 在線查看老人居家狀態(tài);選擇機(jī)器人外觀設(shè)置;設(shè)置用戶名及頭像;查看機(jī)器人狀態(tài)等功能。

3.2 機(jī)器人設(shè)計(jì)用途方面

使用帶有感應(yīng)裝置的四驅(qū)底盤機(jī)器人方便家庭巡視工作進(jìn)行;機(jī)器人的鏡頭傳感器用于錄制老人狀態(tài)視頻，便于監(jiān)護(hù)人的判斷;聲音傳感器與鏡頭識(shí)別用于阿爾茲海默癥患者的跟隨及出門報(bào)警判斷。

3.3 信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)選擇用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，便于將服務(wù)器和信息存儲(chǔ)等基礎(chǔ)功能通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境上基于Android Studio開發(fā)平臺(tái)。

3.4 軟件使用內(nèi)容說(shuō)明

為了減輕老人負(fù)擔(dān)，和更好的用戶體驗(yàn)，本項(xiàng)目默認(rèn)老人子女及監(jiān)護(hù)人為應(yīng)用軟件的使用操作者，使用機(jī)器人之前需要下載本項(xiàng)目軟件。項(xiàng)目應(yīng)用的軟件在用戶登錄/注冊(cè)界面有特色的增加了與老人關(guān)系一欄，機(jī)器人報(bào)警時(shí)將會(huì)根據(jù)用戶關(guān)系進(jìn)行報(bào)警通知。為了機(jī)器人連接更加適應(yīng)家庭操作的環(huán)境，提供兩種連接方式：遠(yuǎn)程路由器連接模式及直接連接模式，在軟件與智能機(jī)器人連接成功后開始選擇機(jī)器人工作模式。

為了更好地用戶服務(wù)，針對(duì)不同用戶進(jìn)行了不同的模塊設(shè)計(jì)：地圖模式下，機(jī)器人的工作是根據(jù)家庭路線環(huán)境不同，機(jī)器人依靠感應(yīng)裝置與鏡頭分析自動(dòng)規(guī)劃路線并記憶，以便巡視工作的進(jìn)行;跟隨報(bào)警模式主要針對(duì)阿爾茲海默癥患者，在跟隨模式下，機(jī)器人首先識(shí)別老人，識(shí)別成功之后在2-5米距離內(nèi)進(jìn)行跟隨，防止老人外出走丟。當(dāng)識(shí)別老人的行動(dòng)踏出家門，機(jī)器人會(huì)立即發(fā)送警報(bào)通知到監(jiān)護(hù)人軟件，利用手機(jī)通知監(jiān)護(hù)人。為監(jiān)護(hù)人后續(xù)救護(hù)工作提供依據(jù)。

4 技術(shù)支持與實(shí)現(xiàn)

4.1 自主巡視功能

機(jī)器人的自主巡視功能是在地圖模式下進(jìn)行的。自主巡視算法中，障礙物有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)之分，機(jī)器人根據(jù)之前確定路線，在巡視過(guò)程中經(jīng)攝像頭傳感器通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)躲避繞過(guò)障礙物。

4.2 圖像識(shí)別技術(shù)

該技術(shù)設(shè)計(jì)引用基于Python編程語(yǔ)言O(shè)penCV人臉識(shí)別的AI攝像頭云臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺(jué)機(jī)器，進(jìn)一步將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，利用計(jì)算機(jī)模擬人的判別準(zhǔn)則去理解和識(shí)別圖像，達(dá)到分析圖像和做出結(jié)論的目的。試圖為特定跟隨的用戶構(gòu)建計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，對(duì)面部特征進(jìn)行圖像獲取，預(yù)處理，特征提取，檢測(cè)/分割，高級(jí)處理等一系列操作。

針對(duì)基于圖像的摔倒檢測(cè)，需提取和分析用戶的行為特征，其中包括：人體寬高比——人站立時(shí)，寬高比小于1，人摔倒時(shí)寬高比大于1;人體有效面積比——人體進(jìn)行伸展運(yùn)動(dòng)時(shí)有效面積比較小，而當(dāng)人體摔倒，則有效面積較大。結(jié)合寬高比，一定程度上提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確度;質(zhì)心變化——當(dāng)人體表現(xiàn)出不同的形體姿態(tài)時(shí)，質(zhì)心位置也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變。方向角（人體直立時(shí)的方向角不同于彎腰時(shí)的方向角）;運(yùn)動(dòng)系數(shù)（某時(shí)間范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況）。綜合上述內(nèi)容，建立識(shí)別摔倒的框架，進(jìn)一步補(bǔ)充和完善識(shí)別摔倒的條件，實(shí)現(xiàn)摔倒檢測(cè)算法的實(shí)現(xiàn)。

4.3 日常中醫(yī)藥信息推送

本項(xiàng)目根據(jù)老人身體狀況從機(jī)器人端口推送中醫(yī)藥健康護(hù)養(yǎng)知識(shí)，同時(shí)根據(jù)老人提供關(guān)鍵詞進(jìn)行相關(guān)疾病的預(yù)防及初步診斷與建議;在語(yǔ)音對(duì)話窗口設(shè)置關(guān)鍵詞，使機(jī)器人能針對(duì)老人提出的醫(yī)學(xué)相關(guān)問(wèn)題做出準(zhǔn)確性的回答。

5 結(jié)束語(yǔ)

在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的時(shí)代，如何保證老人的健康，如何讓老人不與社會(huì)脫節(jié)，并且居家養(yǎng)老時(shí)與不在身邊的子女保持聯(lián)系成為一個(gè)有待解決的問(wèn)題[5]。

今后將發(fā)展更多相關(guān)軟件功能，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，在APP主頁(yè)為老人播報(bào)天氣，科普中醫(yī)相關(guān)的健康養(yǎng)生知識(shí)，推送養(yǎng)生食譜，做健康調(diào)查等等，保證老人健康的同時(shí)，增強(qiáng)老人與智能社會(huì)的聯(lián)系。人工智能與老人的交互，使得空巢老人的“巢”不再是空的[6]。隨著IT行業(yè)的興起以及醫(yī)療技術(shù)的高速發(fā)展，將中醫(yī)中藥與人工智能相結(jié)合[7]，吸收更多的專業(yè)知識(shí)，讓我們帶給老人更多的暖心體驗(yàn)，帶給他們的子女更多的放心服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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