基于自閉癥兒童醫療陪護機器人設計研究

陳松 劉藝偉

摘要：自閉癥是一種終生的神經發育狀況或一系列相關狀況，會影響一個人與他人互動并體驗周圍世界的方式。針對自閉癥人群，尤其是兒童的機器人系統，是社會機器人技術設計研究的一個新興子領域。通過對市場上的機器人應用案例功能分析，設計一款自閉癥兒童醫療陪護機器人。

一、引言

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

二、自閉癥兒童機器人的應用案例

第一，NAO機器人是類人型機器人，具有吸引人的外觀，易于被兒童接受。在以前的研究中，NAO機器人已成功應用于自閉癥兒童的訓練任務，并取得了理想的效果。NAO機器人的高度為 574 mm，重量為 5.4 kg，集成了各種傳感器（例如攝像機，麥克風，慣性單元，觸覺傳感器和關節位置傳感器）和執行器（例如揚聲器，關節電動機和 LED 。因此，NAO機器人可以收集環境信息并方便地與人互動。NAO機器人支持的編程語言包括Python，C ++，Java和 JavaScript。基于此，我們可以靈活地進行程序開發。（圖 1）

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

第三，Leka是一個能夠移動的球形機器人。患兒可以在無人看護下單 圖三 Leka 獨與 Leka玩耍。Leka具有聲、光、震動等功能，促進培養患兒對四周圍以上 3款產品各具特色，其共同點是造型及行為方式親和、部分擬人

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

自閉癥兒童被認為對機器人特別感興趣并受其激勵，這可能與他們是交互式（但經過編程且昀終基于規則的）設備這一事實有關。確實，基于機器人的程序通常被認為對這一群體有潛在的好處，特別是因為它們提供了相當可預測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）。機器人與人類不同，它們將永遠相同。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。它們是非常可預測的，例如，如果您說某件事，它會把某件事還給您。因此，我認為對于自閉癥孩子來說，他們喜歡這種東西，即可預測性” [2]。

三、自閉癥兒童機器人的功能分析與設計實例

1.監護功能

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

2.發展自主性以提高可用性

由于昀新的應用領域給操作人員帶來了特別高的認知負擔，因此開發使機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器人的方法非常重要。在針對 ASD患兒的機器人輔助治療中，成人監護者（無論是研究人員，治療師，教師還是父母）都必須對機器人進行部分或完全遙控。盡管使用此方法可以使成人操作員進行高度個性化的干預，重點放在諸如培養孩子的社交技能等高層目標上，但它確實需要操作員將注意力集中在孩子和機器人之間，以確保機器人能夠做出響應適當地適合孩子的行為。但是，當前的傳感技術和計算技術還不足以提供足夠的準確性，無法與ASD兒童提供一致，穩定以及個性化和靈活的人機交互。

3.基本性能

可靠性，使用戶對系統充滿信心對于使用戶想要使用和使用系統至關重要。盡管在 ASD兒童輔助機器人領域這尤其具有挑戰性，但機器人通過考慮用戶將如何使用該系統以及過去可能發生和發生的問題，已經能夠實現較高的可靠性。

安全性，確保任何機器人系統都是安全的，無論其用戶組是誰。因此，機器人的開發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會，沒有鋒利的邊緣以及許多其他考慮因素。機器人需要安裝廣泛的安全功能，以確保適合放置在家庭或學校環境中。

可負擔性，為了使機器人系統對用戶可用，必須以可承受的價格生產它們。確保機器人如果能夠投入批量生產，可能會負擔得起。

設計方案

四、總結

許多研究側重于社交機器人的積極作用，以幫助改善發育障礙。參與多種互動游戲場景，以幫助兒童學習基本的社交技能，例如模仿和轉彎，自閉癥兒童可能會學會非常具有挑戰性的技能。與孩子們互動，以幫助他們發展和提高協作能力。通過玩涉及個人衛生或食物的游戲來實現認知學習。通過共同唱歌或擊鼓，使孩子們參與建立信心的活動。但是，與機器人的預期行為不同，人類和生命都是無法預料的，并且一個重要的教育目標是支持兒童學習應對這種不確定性。我們需要擔心，可預測且一致的機器人可能會在這方面阻礙兒童的進步：“ 技術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，世界是不可預測的，世界有千姿百態，我們希望他們能夠對事情做出靈活的反應“。

參考文獻

[1]趙芳華.基于自閉癥兒童情感特征的陪護機器人設計研究[J]. 現代特殊教育，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：產品設計。劉藝偉（1997-），女，漢，河北省唐山市，本科，研究方向：產品設計。