仿真機(jī)器人在殘疾人無障礙生活中的應(yīng)用分析

陳凱家

摘? 要：仿真機(jī)器人集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、材料、傳感器和控制技術(shù)等多門科學(xué)于一身，模仿人的形態(tài)和行為而設(shè)計(jì)制造，一般分別或同時(shí)具有仿人的四肢和頭部，其技術(shù)代表著時(shí)代最新的高科技發(fā)展水平。該文根據(jù)仿真機(jī)器人在不同技術(shù)發(fā)展階段的技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用特點(diǎn)展開分析，通過研究仿真機(jī)器人在殘疾人生活起居中應(yīng)用需求、應(yīng)用可行性、應(yīng)用范圍、應(yīng)用前景、發(fā)展趨勢(shì)等內(nèi)容，讓人們充分認(rèn)識(shí)到仿真機(jī)器人對(duì)殘疾人無障礙生活的重要性。

關(guān)鍵詞：仿真機(jī)器人? 發(fā)展歷程? 應(yīng)用特點(diǎn)? 殘疾人? 無障礙生活? 應(yīng)用范圍

中圖分類號(hào)：TP391 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）08（a）-0041-04

Analysis on the Application of Simulation Robot in Barrier Free Life of Disabled People

CHEN Kaijia

（Shenzhen Senior High School， Shenzhen， Guangdong province， 518000 china）

Abstract： The simulation robot is designed and manufactured by imitating the shape and behavior of humans， which is composed of mechanical， electronic， computer， material， sensor and control technology. Generally， it has limbs and head respectively or simultaneously. Its technology represents the latest development level of high technology. In this paper， according to the characteristics of technology and product application of simulation robot in different stages of technology development， through the research of application requirements， application feasibility， application scope， application prospect， development trend and other contents of simulation robot in disabled people's daily life， people fully realize the importance of simulation robot for disabled people's barrier free life.

Key Words： Simulation robot; Development process; Application characteristics; Disabled; Barrier free life; Application scope

殘疾人包括了所有存在殘障和身心障礙的人，聯(lián)合國《殘疾人權(quán)利公約》指出“殘障，是傷殘者和阻礙他們與他人在平等的基礎(chǔ)上充分和切實(shí)的參與社會(huì)的各種態(tài)度和環(huán)境障礙相互作用所產(chǎn)生的結(jié)果”?！吨腥A人民共和國國憲法》和《中華人民共和國殘疾人保障法》中都指出，公民在年老、殘障或者喪失勞動(dòng)能力的情況下，有從國家和社會(huì)獲得物質(zhì)幫助的權(quán)利，這是我國政府相關(guān)部門制定無障礙標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)工程無障礙設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，為殘疾人、老年人等弱勢(shì)群體提供盡可能完善的服務(wù)。中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的第1354公告，制訂關(guān)于《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)無障礙設(shè)計(jì)規(guī)范（Codes for accessibility design）GB 50763—2012》，批準(zhǔn)《無障礙設(shè)計(jì)規(guī)范》為國家標(biāo)準(zhǔn)，編號(hào)為GB 50763—2012，自2012年9月1日起實(shí)施。隨著科技的應(yīng)用和生活水平的提高，城市無障礙建設(shè)要求的標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容也越來越完善，而仿真機(jī)器人隨著智能技術(shù)的快速發(fā)展，功能也將更加完善，將仿真機(jī)器人應(yīng)用到照顧殘疾人衣食住行生活當(dāng)中，不僅可以消除殘疾人群體的心理壓力，豐富殘疾人精神世界，也可以提升殘疾人群體的生活質(zhì)量，對(duì)殘疾人生活乃至社會(huì)產(chǎn)生積極影響，是實(shí)現(xiàn)殘疾人無障礙生活的重要工具。

1? 發(fā)展歷程和應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 發(fā)展歷程

機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展歷程分為如下4個(gè)階段：第一階段，發(fā)展萌芽期。1954年，第一臺(tái)可編程的機(jī)器人在美國誕生。1958年，美國發(fā)明家恩格爾伯格建立了Unimation公司，并于1959年研制出了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。這一階段，隨著機(jī)構(gòu)理論和伺服理論的發(fā)展，機(jī)器人進(jìn)入了實(shí)用階段。第二階段，產(chǎn)業(yè)孕育期。1962年，美國AMF公司生產(chǎn)出第一臺(tái)圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人。1969年，日本研發(fā)出第一臺(tái)以雙臂走路的機(jī)器人。同時(shí)日本、德國等國家面臨勞動(dòng)力短缺等問題，因而投入巨資研發(fā)機(jī)器人，技術(shù)迅速發(fā)展，成為機(jī)器人強(qiáng)國。這一階段，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人也得到了迅速的發(fā)展。這一時(shí)期的機(jī)器人屬于“示教再現(xiàn)”（Teach-in/Playback）型機(jī)器人，只具有記憶、存儲(chǔ)能力，按相應(yīng)程序重復(fù)作業(yè)，對(duì)周圍環(huán)境基本沒有感知與反饋控制能力。第三階段，快速發(fā)展期。1984年，美國推出醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人Help Mate，可在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。1999年，日本索尼公司推出大型機(jī)器人愛寶（AIBO）。這一階段，隨著傳感技術(shù)，包括視覺傳感器、非視覺傳感器（力覺、觸覺、接近覺等）以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了有感覺的機(jī)器人。焊接、噴涂、搬運(yùn)等機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于工業(yè)行業(yè)。2002年，丹麥iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人，是目前世界上銷量最大的家用機(jī)器人。2006年起，機(jī)器人模塊化、平臺(tái)統(tǒng)一化的趨勢(shì)越來越明顯。近5年來，全球工業(yè)機(jī)器人銷量年均增速超過17%，與此同時(shí)，服務(wù)機(jī)器人發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍日趨廣泛，以手術(shù)機(jī)器人為代表的醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人形成了較大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，空間機(jī)器人、仿生機(jī)器人和反恐防暴機(jī)器人等特種作業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。第四階段，智能應(yīng)用期。這一階段，隨著感知、計(jì)算、控制等技術(shù)的迭代升級(jí)和圖像識(shí)別、自然語音處理、深度認(rèn)知學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域的深入應(yīng)用，機(jī)器人領(lǐng)域的服務(wù)化趨勢(shì)日益明顯，逐漸滲透到社會(huì)生產(chǎn)生活的每一個(gè)角落。

1.2 基本特點(diǎn)

仿真機(jī)器人是模仿人類動(dòng)作，具有互動(dòng)交流功能的專業(yè)服務(wù)機(jī)器人。因此與傳統(tǒng)機(jī)器人（如工業(yè)機(jī)器人、電動(dòng)輪椅、機(jī)械假肢、工業(yè)機(jī)械臂）相比，仿真機(jī)器人外觀更接近人，智能程度更高，還具備基本溝通交流能力，因此更具有親和力。除此之外，仿真機(jī)器人還結(jié)合了科技與情感的綜合產(chǎn)物，不僅僅功能智能，且思維以及外在形態(tài)上的高度仿真也賦予了它更高層次的智能。隨著技術(shù)水平的發(fā)展，仿真機(jī)器人的功能越來越完善，正被用于人類社會(huì)的各行各業(yè)，已經(jīng)成為人類不可或缺的助力，比如發(fā)電廠的檢查、維護(hù)和災(zāi)難響應(yīng)，以減輕人類工人繁重而危險(xiǎn)的工作，還有接受宇航員在太空旅行中的日常任務(wù)以及其他相似的用途，包括陪伴老人和病人，充當(dāng)向?qū)?，以接待員的角色與客戶互動(dòng)，甚至可能成為人類移植器官生長的宿主等。

2? 仿真機(jī)器人在殘疾人無障礙生活中的應(yīng)用分析

2.1 應(yīng)用需求分析

中國各類殘疾人總數(shù)已達(dá)8500萬，約占中國總?cè)丝诒壤?.21%。殘疾人士根據(jù)誘因可以分為先天性殘疾人士和后天性殘疾人士，前者的治愈率相對(duì)較低，大部分都需要他人來照顧生活起居。后者多受到突發(fā)事故或疾病的影響導(dǎo)致殘障，部分殘疾人士可以經(jīng)過康復(fù)訓(xùn)練恢復(fù)正常生活，相比于先天性殘疾人士，后天性殘疾人的內(nèi)心創(chuàng)傷比較嚴(yán)重，可能還伴有心理疾病，在受到他人照顧時(shí)，內(nèi)心的壓力較大，更容易出現(xiàn)情緒的異常波動(dòng)。仿真機(jī)器人的應(yīng)用，能夠營造良好的溝通氛圍，而且可以為殘疾人提供日常所需的服務(wù)內(nèi)容，使殘疾人不會(huì)有太多的心理負(fù)擔(dān)，從而可以積極地在日常生活中進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，逐步基本實(shí)現(xiàn)無障礙生活，甚至回到正常人的生活水平當(dāng)中。另外，仿真機(jī)器人能夠減少甚至解放殘疾人家庭中的其他成員的壓力，從而確保整個(gè)家庭生活的正常和穩(wěn)定，而家庭生活的正常和穩(wěn)定反過來又可以提高殘疾人本人的無障礙生活水平的保障，從而形成良性的正向循環(huán)。

2.2 應(yīng)用可行性分析

1956年夏季由一批科學(xué)家在美國的達(dá)特茅斯大學(xué)舉辦了一次研討會(huì)，會(huì)議上同意使用由麥卡錫提出的新術(shù)語：人工智能（縮寫為AI），標(biāo)志著人工智能學(xué)科的誕生。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，仿真機(jī)器人的功能屬性也在不斷拓寬，同時(shí)其思維運(yùn)作模式也在很大程度上可以模仿正常人類。現(xiàn)在所生產(chǎn)出的仿真機(jī)器人不僅具備了力量感覺、語言溝通能力、行動(dòng)能力、平衡能力等功能，而且還可以根據(jù)指令做出比較復(fù)雜的動(dòng)作，如跳舞、快速移動(dòng)等，這也使得仿真機(jī)器人更加貼近生活，成為了生活性人工智能[1]。殘疾人起居生活屬于生活類內(nèi)容，生活類仿真機(jī)器人隨著不斷的技術(shù)升級(jí)，“智力”越來越接近人類，而且“情緒”穩(wěn)定，使得將其用來照顧殘疾人變得越來越可行，特別也不會(huì)出現(xiàn)人類的情緒波動(dòng)（如對(duì)殘疾人不耐煩，疏忽甚至歧視殘疾人等），因此更加適合對(duì)殘疾人群體的照顧。

2.3 應(yīng)用范圍分析

仿真機(jī)器人可以應(yīng)用到殘疾人起居生活的各個(gè)方面，幫助殘疾人實(shí)現(xiàn)無障礙地生活。應(yīng)用范圍大概歸為以下四大類[3]。

（1）在智力方面。仿真機(jī)器人一方面可以對(duì)殘疾人提供知識(shí)學(xué)習(xí)平臺(tái)，激發(fā)殘疾人的學(xué)習(xí)興趣，提高殘疾人的智力水平;另一方面仿真機(jī)器人可以提供信息交流平臺(tái)，讓殘疾人實(shí)時(shí)了解世界資信。實(shí)現(xiàn)與社會(huì)交流的能力。（2）在人工情感交流方面，將情感注入計(jì)算機(jī)或機(jī)器人具有十分重要的意義，它使電腦向人腦的方向邁進(jìn)了一大步，大大增強(qiáng)其使用功能，擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。如果機(jī)器人具有與人一樣的情感和意志，就具有了獨(dú)立的人格、自控的行為、自主的決策、創(chuàng)新的思維和自由的意志，就能夠在復(fù)雜的環(huán)境條件下，了解和猜測(cè)主人的價(jià)值取向、主觀意圖和決策思路，靈活性地、積極地、創(chuàng)造性地進(jìn)行活動(dòng)，使其運(yùn)行過程具有更明確的目標(biāo)性、更高的主動(dòng)性和更強(qiáng)的創(chuàng)造性，圓滿完成主人交給的各種復(fù)雜的工作任務(wù)，從而在更大的工作范圍取代人。屆時(shí)，從純邏輯的角度來看，人與機(jī)器人就再?zèng)]有任何根本性差異了，這將是人工智能技術(shù)的一次重大飛躍。（3）在康復(fù)訓(xùn)練方面。可以在仿真機(jī)器人程序內(nèi)加入監(jiān)測(cè)芯片，如電影《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中的“大白”一般，可以對(duì)病人目前的機(jī)能狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督，同時(shí)還可以引導(dǎo)病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，由于殘疾人沒有過多的心理負(fù)擔(dān)，因此康復(fù)速度相較于傳統(tǒng)訓(xùn)練模式要更快一些。（4）在安全預(yù)警方面。仿真機(jī)器人可以作為陪護(hù)來照顧殘疾人的生活，并且在殘疾人遇到危險(xiǎn)時(shí)還可以發(fā)出求救信號(hào)，為殘疾人爭(zhēng)取到更多的救援時(shí)間。特別在災(zāi)難預(yù)警方面，通過在仿真機(jī)器人內(nèi)部安裝火警報(bào)警器檢測(cè)室內(nèi)溫度、煙霧濃度以及空氣質(zhì)量。在發(fā)現(xiàn)異常情況后，除發(fā)出警報(bào)信息外，還能夠幫助殘疾人移動(dòng)至安全區(qū)域，確保殘疾人的生命安全[2]。

2.4 應(yīng)用前景分析

中國乃至世界許多國家，除了殘疾人群體的需求，幼兒、老齡化等特殊人群的需要也日益迫切。許多養(yǎng)老院隨著老年人口數(shù)量的增加隨之興建，在傳統(tǒng)模式下需要配備一定數(shù)量的醫(yī)護(hù)人員，來照顧殘疾人的基本生活，但是受到醫(yī)護(hù)人員綜合水平的影響，許多不夠?qū)I(yè)的醫(yī)護(hù)人員使患者家屬不滿，導(dǎo)致醫(yī)患關(guān)系惡化。仿真機(jī)器人的應(yīng)用，可以填補(bǔ)醫(yī)護(hù)人員緊缺的空檔，同時(shí)還可以為殘疾人提供更加專業(yè)的服務(wù)，仿真機(jī)器人不僅僅提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，也在一定程度上緩解了醫(yī)患關(guān)系。不僅是在養(yǎng)老院，在未來發(fā)展過程中，仿真機(jī)器人還會(huì)逐漸大量地入住到個(gè)人家庭當(dāng)中，為家庭提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

2.5 發(fā)展趨勢(shì)分析

2.5.1 全方位的安全保障

無論在何時(shí)，安全問題一直都是人們最為關(guān)注的話題，在仿真機(jī)器人未來發(fā)展過程中，安全性始終都是需要考量的重點(diǎn)內(nèi)容之一。具體來說，就是在設(shè)計(jì)仿真機(jī)器人各項(xiàng)參數(shù)時(shí)，需要從機(jī)械設(shè)計(jì)、傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)、人體工程學(xué)內(nèi)容、心理學(xué)設(shè)計(jì)等內(nèi)容展開考量，同時(shí)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等必要工作，以此提高仿真機(jī)器人的安全性。

2.5.2 個(gè)性化信息交互

殘疾人相比正常人而言，其自身生理機(jī)能相對(duì)較差，對(duì)此在設(shè)計(jì)仿真機(jī)器人時(shí)，不能只考慮其功能性問題，而是需要結(jié)合用戶自身的特點(diǎn)，針對(duì)性設(shè)計(jì)符合用戶與仿真機(jī)器人進(jìn)行正常信息交互的界面，使仿真機(jī)器人可以準(zhǔn)確接收到用戶下達(dá)的指令，提供準(zhǔn)確的服務(wù)內(nèi)容，從而提高仿真機(jī)器人的實(shí)用價(jià)值，使其可以為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)內(nèi)容。

2.5.3 功能集成與模塊化

殘疾人在日常生活中，對(duì)于服務(wù)內(nèi)容的要求存在著一定的差異性，如果按照通用化設(shè)計(jì)方式來完成仿真機(jī)器人設(shè)計(jì)，很難提供個(gè)性化的服務(wù)，降低了仿真機(jī)器人與用戶之間的契合度。在未來發(fā)展過程中，需要對(duì)仿真機(jī)器人的功能服務(wù)進(jìn)行集成或模塊化劃分，在用戶提出請(qǐng)求時(shí)，可以直接從對(duì)應(yīng)模塊中提取到對(duì)應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容，從而提高仿真機(jī)器人的適用范圍，降低適用成本。

2.5.4 市場(chǎng)產(chǎn)品化

現(xiàn)階段，很多國家已經(jīng)開始嘗試仿真機(jī)器人的產(chǎn)品化生產(chǎn)，據(jù)RIA機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)報(bào)道，仿真機(jī)器人市場(chǎng)在2023年將達(dá)到39億美元，在2017—2023年間，其復(fù)合年增長率（CAGR）將達(dá)到驚人的52.1%。不過從目前生產(chǎn)情況來看，還有很長的路需要去走。但是在未來的發(fā)展過程中，仿真機(jī)器人會(huì)逐漸向市場(chǎng)產(chǎn)品化靠攏，同時(shí)可以根據(jù)殘疾人的生活特點(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，這樣可以最大限度地滿足殘疾人的生活需求，為殘疾人提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)內(nèi)容。

2.5.5 人工情感化

除了上述內(nèi)容外，仿真機(jī)器人在未來發(fā)展過程中，不會(huì)局限于對(duì)人體基本形態(tài)或者生活操作的模擬操作，而是會(huì)繼續(xù)向著人工情感化的方向進(jìn)行發(fā)展，即沿著人類意識(shí)開發(fā)、人類情感等方向發(fā)展，這也使得仿真機(jī)器人可以更加了解殘疾人的內(nèi)心想法，提供更好的精神服務(wù)。

3? 結(jié)語

綜上所述，隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，仿真機(jī)器人作為其產(chǎn)物，在未來必然迎來爆發(fā)式的應(yīng)用發(fā)展。仿真機(jī)器人在照顧殘疾人起居生活中，幫助實(shí)現(xiàn)無障礙的生活，對(duì)于提高社會(huì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起著積極的作用。

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