基于自閉癥兒童醫(yī)療陪護(hù)機(jī)器人設(shè)計(jì)研究

陳松 劉藝偉

摘要：自閉癥是一種終生的神經(jīng)發(fā)育狀況或一系列相關(guān)狀況，會(huì)影響一個(gè)人與他人互動(dòng)并體驗(yàn)周圍世界的方式。針對(duì)自閉癥人群，尤其是兒童的機(jī)器人系統(tǒng)，是社會(huì)機(jī)器人技術(shù)設(shè)計(jì)研究的一個(gè)新興子領(lǐng)域。通過對(duì)市場(chǎng)上的機(jī)器人應(yīng)用案例功能分析，設(shè)計(jì)一款自閉癥兒童醫(yī)療陪護(hù)機(jī)器人。

一、引言

自閉癥譜系障礙（ASD）是一種發(fā)育障礙，其特征是社交互動(dòng)，言語和非言語交流受損，并且傾向于從事受限，重復(fù)或刻板的行為。全球每 160名兒童中就有 1名患有自閉癥譜系障礙。發(fā)育障礙通常以社交，情感和溝通挑戰(zhàn)為特征。這不是可以治愈的東西，但是早期的干預(yù)措施，例如言語和行為療法，可以改善孩子的成長。近年來社交輔助機(jī)器人的發(fā)展為自閉癥患者提供了更實(shí)惠，更個(gè)性化的護(hù)理開辟了一種有希望的新途徑。從理論上講，家用機(jī)器人可以通過接管更具重復(fù)性的培訓(xùn)活動(dòng)來幫助補(bǔ)充人類治療師，而人工智能可以幫助個(gè)性化體驗(yàn)。

二、自閉癥兒童機(jī)器人的應(yīng)用案例

第一，NAO機(jī)器人是類人型機(jī)器人，具有吸引人的外觀，易于被兒童接受。在以前的研究中，NAO機(jī)器人已成功應(yīng)用于自閉癥兒童的訓(xùn)練任務(wù)，并取得了理想的效果。NAO機(jī)器人的高度為 574 mm，重量為 5.4 kg，集成了各種傳感器（例如攝像機(jī)，麥克風(fēng)，慣性單元，觸覺傳感器和關(guān)節(jié)位置傳感器）和執(zhí)行器（例如揚(yáng)聲器，關(guān)節(jié)電動(dòng)機(jī)和 LED 。因此，NAO機(jī)器人可以收集環(huán)境信息并方便地與人互動(dòng)。NAO機(jī)器人支持的編程語言包括Python，C ++，Java和 JavaScript?；诖耍覀兛梢造`活地進(jìn)行程序開發(fā)。（圖 1）

第二，Milo是人形機(jī)器人，可以做一系列面部表情，以幫助自閉癥兒童識(shí)別人的情緒。Milo機(jī)器人通過語音、動(dòng)作可以與自閉癥兒童產(chǎn)生交流互動(dòng)，造型擬人可愛，可提供給患兒一定的社會(huì)互動(dòng)過程，培養(yǎng)其正常的溝通能力。自閉癥兒童通過使用 Milo機(jī)器人，有利于其順利地掌握溝通技能。（圖 2）

第三，Leka是一個(gè)能夠移動(dòng)的球形機(jī)器人。患兒可以在無人看護(hù)下單 圖三 Leka 獨(dú)與 Leka玩耍。Leka具有聲、光、震動(dòng)等功能，促進(jìn)培養(yǎng)患兒對(duì)四周圍以上 3款產(chǎn)品各具特色，其共同點(diǎn)是造型及行為方式親和、部分?jǐn)M人

的感知能力，使其得以發(fā)展良好的社交技能。（圖 3）化，都具備語音、圖畫交流顯示的載體，且肢體設(shè)計(jì)都能與患兒產(chǎn)生良好的互動(dòng)，幫助患兒取得更好的療效。以此做借鑒，引入設(shè)計(jì)實(shí)例中，并對(duì)產(chǎn)品的色彩選擇、造型及動(dòng)作交互作出更為詳盡的設(shè)計(jì)[1]。

自閉癥兒童被認(rèn)為對(duì)機(jī)器人特別感興趣并受其激勵(lì)，這可能與他們是交互式（但經(jīng)過編程且昀終基于規(guī)則的）設(shè)備這一事實(shí)有關(guān)。確實(shí)，基于機(jī)器人的程序通常被認(rèn)為對(duì)這一群體有潛在的好處，特別是因?yàn)樗鼈兲峁┝讼喈?dāng)可預(yù)測(cè)和一致的交互作用的可能性（例如，Dautenhahn，1999;Dautenhahn和 Werry，2004;Duquette等人，2008;Rudovic等人，2017;Straten等人，2018）。機(jī)器人與人類不同，它們將永遠(yuǎn)相同。他們的語氣將始終相同，他們的曲率將始終相同，肢體語言將始終相同。它們是非?？深A(yù)測(cè)的，例如，如果您說某件事，它會(huì)把某件事還給您。因此，我認(rèn)為對(duì)于自閉癥孩子來說，他們喜歡這種東西，即可預(yù)測(cè)性” [2]。

三、自閉癥兒童機(jī)器人的功能分析與設(shè)計(jì)實(shí)例

1.監(jiān)護(hù)功能

以往的研究已經(jīng)證明，機(jī)器人以及具有自動(dòng)反饋功能的游戲至少可以在短期內(nèi)改變自閉癥兒童的行為。這種互動(dòng)可以幫助孩子掌握社交技能，例如保持持續(xù)的眼神交流，使他們以融入平常人的生活。但是，將這些新技能轉(zhuǎn)化為更好的人與人之間的互動(dòng)可能需要更長和更深入的培訓(xùn)。

2.發(fā)展自主性以提高可用性

由于昀新的應(yīng)用領(lǐng)域給操作人員帶來了特別高的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，因此開發(fā)使機(jī)器人更易于控制并允許成人操作人員專注于兒童而不是機(jī)器人的方法非常重要。在針對(duì) ASD患兒的機(jī)器人輔助治療中，成人監(jiān)護(hù)者（無論是研究人員，治療師，教師還是父母）都必須對(duì)機(jī)器人進(jìn)行部分或完全遙控。盡管使用此方法可以使成人操作員進(jìn)行高度個(gè)性化的干預(yù)，重點(diǎn)放在諸如培養(yǎng)孩子的社交技能等高層目標(biāo)上，但它確實(shí)需要操作員將注意力集中在孩子和機(jī)器人之間，以確保機(jī)器人能夠做出響應(yīng)適當(dāng)?shù)剡m合孩子的行為。但是，當(dāng)前的傳感技術(shù)和計(jì)算技術(shù)還不足以提供足夠的準(zhǔn)確性，無法與ASD兒童提供一致，穩(wěn)定以及個(gè)性化和靈活的人機(jī)交互。

3.基本性能

可靠性，使用戶對(duì)系統(tǒng)充滿信心對(duì)于使用戶想要使用和使用系統(tǒng)至關(guān)重要。盡管在 ASD兒童輔助機(jī)器人領(lǐng)域這尤其具有挑戰(zhàn)性，但機(jī)器人通過考慮用戶將如何使用該系統(tǒng)以及過去可能發(fā)生和發(fā)生的問題，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的可靠性。

安全性，確保任何機(jī)器人系統(tǒng)都是安全的，無論其用戶組是誰。因此，機(jī)器人的開發(fā)旨在確保與兒童一起安全使用。這意味著要確保沒有觸電的機(jī)會(huì)，沒有鋒利的邊緣以及許多其他考慮因素。機(jī)器人需要安裝廣泛的安全功能，以確保適合放置在家庭或?qū)W校環(huán)境中。

可負(fù)擔(dān)性，為了使機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)用戶可用，必須以可承受的價(jià)格生產(chǎn)它們。確保機(jī)器人如果能夠投入批量生產(chǎn)，可能會(huì)負(fù)擔(dān)得起。

設(shè)計(jì)方案

四、總結(jié)

許多研究側(cè)重于社交機(jī)器人的積極作用，以幫助改善發(fā)育障礙。參與多種互動(dòng)游戲場(chǎng)景，以幫助兒童學(xué)習(xí)基本的社交技能，例如模仿和轉(zhuǎn)彎，自閉癥兒童可能會(huì)學(xué)會(huì)非常具有挑戰(zhàn)性的技能。與孩子們互動(dòng)，以幫助他們發(fā)展和提高協(xié)作能力。通過玩涉及個(gè)人衛(wèi)生或食物的游戲來實(shí)現(xiàn)認(rèn)知學(xué)習(xí)。通過共同唱歌或擊鼓，使孩子們參與建立信心的活動(dòng)。但是，與機(jī)器人的預(yù)期行為不同，人類和生命都是無法預(yù)料的，并且一個(gè)重要的教育目標(biāo)是支持兒童學(xué)習(xí)應(yīng)對(duì)這種不確定性。我們需要擔(dān)心，可預(yù)測(cè)且一致的機(jī)器人可能會(huì)在這方面阻礙兒童的進(jìn)步：“ 技術(shù)在很大程度上可以說是他們想要的。我們希望他們了解的是，世界是不可預(yù)測(cè)的，世界有千姿百態(tài)，我們希望他們能夠?qū)κ虑樽龀鲮`活的反應(yīng)“。

參考文獻(xiàn)

[1]趙芳華.基于自閉癥兒童情感特征的陪護(hù)機(jī)器人設(shè)計(jì)研究[J]. 現(xiàn)代特殊教育，2007（Z1）.

[2]Diehl，J. J.，Schmitt，L. M.，Villano，M.，and Crowell，C. R.（2012） . The clinical use of robots for individuals with autism spectrumdisorders：a critical review. Res. Autism Spectr. Disord. 6，249262. doi：10.1016/j.rasd.2011.05.006

作者簡介：陳松（1998-），男，漢，四川省宜賓市，本科，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)。劉藝偉（1997-），女，漢，河北省唐山市，本科，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)。