陪伴機器人在老年護理領域的應用進展

谷元靜 史婷奇 陶金 蔣慧萍

(南京大學醫(yī)學院附屬鼓樓醫(yī)院，江蘇 南京 210008)

隨著我國人口出生率下降、人均壽命延長，老齡化程度高于世界平均水平[1]，預計到2030年，我國60歲以上老年人口將超過3億[2]。而經濟高速的發(fā)展，社會、生活的節(jié)奏越來越快，使得獨居、空巢老人數量逐年增加，其中約80%的老年人曾經歷慢性孤獨。孤獨與多種不良的健康結果有關，如高血壓[3]、殘疾[4]、功能衰退[5]、抑郁癥[6]和認知能力下降[7]，這些合并癥又將長期影響老年人的生活品質。因此，解決獨居、空巢老人的孤獨感已是當前促進老年人心理健康發(fā)展的重要策略。近年來，以人工智能服務體系為主的陪伴機器人快速發(fā)展，利用機器學習、自然語言處理、圖像識別等先進技術，與人進行智能化交互，在老年人陪伴式情感護理中應用越來越普及。因此，本文主要從陪伴機器人的概述、分類、在老年人群中的應用現狀、護士在陪伴機器人應用中起到的作用以及當前面臨的挑戰(zhàn)等進行綜述，為陪伴機器人的進一步發(fā)展提供有意義的參考。

1 陪伴機器人概述

“陪伴”一詞，最初指家庭關系中親子陪伴，建立情感依賴，為孩子提供物質上或精神上的支持與幫助。隨著我國家庭結構轉型為“4+2+1”模式，家庭養(yǎng)老支持功能大大削弱，老年人成為需要更多陪伴和照顧的對象[8]。而機器人作為模擬人的視覺、聽覺、表情以及語言等自然行為的人工智能載體，成為家庭、社區(qū)和機構內老人照護的額外人力[9]。當前，機器人心理學領域較為關注人與機器人的交互，探討人與機器人在情感、認知和社會方面的兼容性[10]。因此，陪伴型機器人得到越來越多設計者和臨床專家的關注。目前對陪伴機器人的概念尚無統(tǒng)一定義，將其歸為社交機器人的一個子集。國際機器人聯盟定義服務機器人是一種半自主或完全自主工作的機器人系統(tǒng)，能完成有益于人類健康的服務工作，但不包括從事生產的設備[11]，以護理為核心的服務機器人稱為護理機器人。而社交機器人作為護理機器人中的一大類，主要在社交和情感方面支持老年人，包括陪伴或改善日常生活。這些機器人進一步分為生活服務型機器人和陪伴型機器人，前者支持老年人獨立生活，如協助進食、洗澡、打掃衛(wèi)生等。后者作為“伴侶”的身份執(zhí)行各種任務，用于促進老年人的身心健康，通過陪伴提高生活質量。早期的陪伴機器人以自律型為主，如日本推出的“Yorisoi ibot”以及海豹機器人“Paro”，以外界刺激產生的回饋模式固定[12]。隨著互聯網和人工智能等信息技術的發(fā)展，基于云平臺的機器人系統(tǒng)對獲取的信息和數據進行存儲和自我學習，從而擁有情感識別能力,通過使用者的面部表情、聲音、身體姿態(tài)以及語言理解用戶的感情，并向使用者提供相適應的內容，產生和諧的互動氛圍[13]。

2 陪伴機器人的分類

陪伴機器人因其需求和設計差異性，其在結構和用途上風格迥異，主要分為類人型、寵物型、內置對話代理型(embodied conversational agents)。類人型機器人主要模仿人的整體外形或者某一局部(如頭部、手臂等)，設計較多的自由度而行動靈活，與人親和力高，如優(yōu)必選Alpha、Mario、Ryan等機器人。寵物機器人模仿傳統(tǒng)動物的體態(tài)、行為甚至表情(如狗的搖頭、擺尾、蹲臥、起立，以及各種行走步態(tài))，人們可以通過擁抱、撫摸等形式主動與機器人互動，機器人也可以通過講故事、玩游戲、情景對話等方式調節(jié)人的情緒以及安慰人的心理，如“Sony aibo”“Romibo”等。內置對話代理是一類嵌入在移動設備或臺式機內的動畫計算機角色，通過社交對話、面部表情和肢體語言等形式給老年人提供日常保健和陪伴需求，其特別之處在于能提供移情支持[14]，更適合應用于機構或受限制的社區(qū)環(huán)境內，主要包括虛擬教練、虛擬顧問、數字人類和游戲角色等。

3 陪伴機器人在老年人群中的主要應用

近些年，新一代信息技術快速發(fā)展，確實提供了創(chuàng)新和有效的方法幫助老年人獨立生活，降低了醫(yī)療費用的支出。Khosravi等[15]回顧歐美國家已發(fā)表的與老年護理輔助技術相關的文獻，表明機器人、遠程醫(yī)療、傳感器技術等正在幫助老年人減少孤獨感、發(fā)展和維持社會關系、減少社會孤立。

3.1提供陪伴 由于生活環(huán)境和社會角色發(fā)生轉變，老年人的社會交往和精神慰藉常得不到滿足，負面情緒和心理困境要比一般人常見[16]。尤其在住院期間，陌生環(huán)境、恐懼疾病以及缺乏家屬陪伴增加了老年人群孤獨、抑郁、譫妄和跌倒的風險。Bott等[17]使用虛擬陪伴機器人對95例老年住院患者實施病例對照研究，研究人員以屏幕上的數字寵物為載體間接向患者宣傳健康知識，并實時了解患者照護需求，及時將信息反饋給責任護士，從而為患者尋求幫助。結果顯示，患者在出院時譫妄的發(fā)生率降低(P<0.001)，孤獨感減少(P=0.01)，跌倒發(fā)生率與對照組相比明顯下降。該研究表明，虛擬形象寵物在給老年人提供陪伴、社會支持和健康信息方面具有較高的實用性。Abdollahi等[18]在社區(qū)內對6例中度癡呆或抑郁癥老人開展的一項試點研究中，使用Ryan家庭陪伴機器人進行全天候的陪伴，受試者可以根據自己的喜好命名機器人，為了避免交談興趣減弱，系統(tǒng)配備認知游戲、音頻播放、旁白相冊等功能。結果表明，盡管它不能完全取代人類的陪伴，但人們仍然愿意花大量時間與機器人相處，并建立深厚的友誼關系。歐盟資助的MARIO項目主要針對有認知障礙的癡呆患者提供關懷服務，將基于循證的多種非藥物治療方法集成到系統(tǒng)內，如行為療法、音樂療法、回憶療法、認知導向療法等。G D’Onofrio等[19]在MARIO項目的支持下，對38例癡呆患者進行為期3個月的多中心小樣本驗證，研究人員分別從癡呆患者的情感狀態(tài)(康奈爾癡呆抑郁量表)、壓力恢復能力、個人生活質量以及感知社會支持進行多維度評估，分析癡呆患者癥狀改善情況。結果顯示，在MARIO干預前后，參與者的綜合復原力得分顯著改善(P=0.020)；與機器人的交流時間始終保持在較高水平。研究表明，MARIO可能有延緩患者癡呆癥病程進展的優(yōu)勢，使他們能體驗到更多的積極情緒。除前述的虛擬寵物、人形陪伴機器人外，動物陪伴機器人也能給老年人提供陪伴和情感支持，與動物輔助療法產生了相似的益處。新西蘭的一項研究[20]分析Paro機器人在護理中心和家中陪伴癡呆患者對其生理、心理和行為的影響，會議持續(xù)30 min，每周3節(jié)，持續(xù)12周，結果顯示Paro使患者處于放松狀態(tài)，其中對認知障礙程度低的患者效果明顯。Jones等[21]研究得出相似的結果，使用Paro對改善癡呆患者參與度、情緒狀態(tài)和躁動與疾病嚴重程度呈負相關，嚴重躁動參與者對機器人反應較差；較低水平激動和較高認知功能有更好治療反應。因此，陪伴機器人為老年人模擬了一個類似于現實陪伴的環(huán)境，滿足獨居、空巢老人的情感需求，降低了孤獨、焦慮、抑郁等負面情緒。

3.2社交互動 老年人由于身體感官、認知記憶、口語表達能力逐漸下降，再加上社交心態(tài)趨于封閉化，間接影響到人際關系和質量，會增加老年人社會孤立的風險[22]。雖然孤獨和社會孤立并非同一個概念，孤獨是一種更加主觀的心理感受，而社會孤立是一種客觀生理狀態(tài)，但孤獨可能是社會孤立的反應。因此，為處于社會孤立狀態(tài)的老年人提供必要、有效的干預措施尤為重要。Banks等[23]比較寵物機器狗Aibo與真實寵物狗在養(yǎng)老院、醫(yī)院環(huán)境下和老年人的互動情況，結果表明，與活體寵物狗相比，老年人與AIBO的身體、語言和情感等方面的互動次數和頻率更多。有研究[22]使用定量和定性混合實驗設計調查Paro機器人對老年人孤獨、生活質量的影響，其中對個人訪談內容進行結構化分析，結果顯示Paro機器人扮演媒介的作用，提供了更多與他人交談和互動的機會，幫助老年人擴大了人際交往的范圍。Hudson等[24]也研究寵物機器人緩解老年人孤獨感的效果，明確指出在公共場所分享寵物機器人增加了與他人聯系的潛在機會，尤其是他們以前不認識的人；甚至自稱善于交流的參與者也報告說，他們將寵物帶到公共場所或聚會，享受由此產生的互動；并指出那些獨居、社交聯系較少、生活方式不活躍的參與者在與寵物的互動中獲益最大。隨著對陪伴機器人的研究深入，越來越多的研究人員開始研究居家護理環(huán)境下老年人群的社交參與和體驗，期望為智慧居家養(yǎng)老服務模式賦能。Khosla等[25]研究家庭環(huán)境下5例癡呆患者和照顧者與Betty陪伴機器人參與互動體驗的效果，根據老年人的疾病狀態(tài)提供語音識別、面部識別和視覺觸摸界面3種不同的溝通方式，還為老年人定制個性化曲目、閱讀故事以及日程安排等服務，借助日志數據和音頻記錄評估老年人情感參與的有效性。結果顯示，老年人很享受與Betty的每一次互動，其互動行為明顯增加，社交自信心顯著增強。遠程服務類機器人也逐漸發(fā)展成為輔助老人獨立生活的潛在技術，不僅可以遠距離虛擬呈現和雙向實時交互，而且允許用戶遠程遙控機器人移動位置。Moly等[26]采用半結構訪談評估癡呆癥患者和家庭成員使用Giraff機器人實現三維人機交互的可行性，并觀察患者的情緒狀態(tài)和參與度。結果顯示，Giraff提供的視頻會議功能可讓患者和家人實現有效的互動和交流，縮小家庭成員與老年人之間通常存在的物理距離，從而增強相互間的社會聯系，在通話過程中患者總體表現出積極的情緒狀態(tài)。因此，陪伴機器人拉近了老年人與家人、朋友之間的社會距離和心理距離，促進相互間的人際交往，從而降低老年人社會孤立的風險。

3.3健康行為促進 有研究[27]報道，老年人群中各類慢性疾病發(fā)生率較青年人高，有效的藥物治療和行為改變能延緩病程，降低醫(yī)療費用支出。而陪伴機器人除了提供陪伴服務，也能在人、智能家居和外界環(huán)境(包括衛(wèi)生專業(yè)人員)之間扮演通信接口的角色來協助人與人之間的交互，實現健康行為促進。Kramer等[28]通過虛擬助手對60例65歲以上獨居老人進行健康飲食宣傳教育，基于行動計劃、自我效能、社會促進等行為完善技術，構建電子健康應用程序，使用人工智能語音記錄用戶第1周的飲食日志，繼而由目標、食譜、故事、聊天等模塊鼓勵老年人在日常生活中做出健康行為改變，讓用戶體驗到更多的自主性，從而改變飲食行為。新西蘭的一項關于iRobi機器人對慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)患者進行4個月遠程健康管理的研究[29]，由多學科團隊設計病情問卷、用藥提醒、康復鍛煉及警報響應等模塊，使用語音和界面交互的方式獲取患者反饋信息，其中約75%的患者認為機器人提高了肺康復鍛煉和用藥的依從性，為COPD患者延續(xù)護理服務提供了有效的、針對性的技術支持。Hallberg等[30]設計了一款針對老年高血壓患者服藥依從性和血壓監(jiān)測的管理系統(tǒng)，在手機應用程序中錄入待提醒的信息，并設置不同顏色的燈來提醒吃藥或測量血壓，可督促老年人隨時關注病情變化，提高其疾病防控意識，但缺點是用藥信息不詳細。Su等[31]提出了基于云服務的對話藥物管理系統(tǒng)，利用自然語言處理和數據挖掘技術快速識別用戶意圖，由陪伴機器人主動詢問患者用藥信息并記錄用藥史，及時檢查患者用藥依從性，提高老年人疾病自我管理能力。以色列Intuition Robotics公司推出了一款家庭伴侶機器人，其借助人工智能和大數據技術分析老年人的健康狀況并進行實時監(jiān)測，監(jiān)督和提醒老人按時服藥、休息和運動，準確敦促老人遵循和執(zhí)行醫(yī)療或康復計劃，還會進行簡單的對話，若發(fā)生異常情況，其將利用無線傳感器發(fā)送信號聯系家屬或護理人員[32]。綜上所述，陪伴機器人在老年人的飲食管理和疾病控制方面也存在一定的優(yōu)勢，不僅能提高老年人晚年生存質量，也能在老年醫(yī)療保健方面發(fā)揮極大的潛力。

4 護士在陪伴機器人應用于老年護理中的作用

護士作為老年人日常照護的主要群體之一，在陪伴機器人引進中起到積極的協調作用。老年人對陪伴機器人的使用意愿受個體特質和產品特征雙重影響，當老年人認為陪伴機器人能夠提高生活質量、易于操控，并能達到預期的效果時，其使用意愿最為強烈。首先，護士的參與，能切身感受到老年人在技術使用初期遇到問題與障礙，可以經常與研發(fā)人員進行討論和分析，優(yōu)化產品功能、簡化操作過程，不斷提升老年人對新技術的體驗感，最大程度保持老年人的使用意愿。其次，在陪伴機器人的推廣使用中，護士能夠起到積極的促進作用。護士作為老年人群接觸最為密切的專業(yè)人士，日常生活中經常與老人進行語言上或非語言上的互動和交流，對老人的潛在心理需求能夠較早識別，可以挖掘老年人的興趣取向，不斷提升陪伴機器人產品質量和服務。一項不同人群對智能技術需求和設計的調查結果[33]顯示，智能技術研發(fā)者和臨床護理專家對認知障礙患者需求的理解存在差異。因為臨床護理專家受所處的工作環(huán)境影響，更能預測患者的疾病狀態(tài)和心理需求趨勢，而這些潛在的優(yōu)勢是設計者和制造商所無法自身獲取的。

5 挑戰(zhàn)與應對策略

從2014年起，人工智能、大數據、云平臺等新一代技術迭代更新，各國紛紛爭奪機器人領域發(fā)展先機，尤其是一些發(fā)達國家不僅重視機器人設計和應用，也更關注用戶群體心理及交互體驗等[44]。美國社會預測學家JohnNaisbitt指出，隨著社會存在的技術向更高級轉變，人們更需要創(chuàng)造高情感的環(huán)境，實現高技術硬性與高情感軟性的平衡[34]。目前，關于機器人的研究多處于研發(fā)和小樣本實驗階段，尚未在臨床廣泛使用。因此，有必要探討當前機器人領域可能存在的一些問題。

5.1技術問題 目前陪伴機器人雖已具有較高的智能化水平，但仍受技術、社會等因素的限制。如自我運動過程中的噪音干擾、電池續(xù)航能力不足，難以滿足全方位數據采集的高耗電要求。受距離或阻隔物體的影響，當距離較遠時，無法實現快速響應。其次，我國幅員遼闊，地域環(huán)境復雜，擁有不同的文化環(huán)境導致語言方面存在較大差異，各種方言、口音以及語種干擾機器人系統(tǒng)對語言識別的精確性，使系統(tǒng)頻繁出錯，進而對用戶的使用意愿和態(tài)度產生消極影響。此外，缺乏生物醫(yī)學領域相關的情感詞典，容易出現注釋者偏倚或錯誤。因此，建議在未來陪伴機器人的設計中，由計算機學、工程學、醫(yī)學、心理學、語言學等組建多學科團隊，利用豐富數據源構建一套適合我國國情與臨床實際的醫(yī)學情感術語系統(tǒng)，并結合新型技術材料和精湛工藝，在成本控制的基礎上開發(fā)最適合老年人的情感輔助工具。

5.2隱私與倫理問題 機器人要真實地感受不同人群地情感狀態(tài)，就需要不斷地信息存儲，而當我們在享受技術帶來的便利、個性化服務及高質量生活的同時，可能存在位置信息、健康狀況及生活軌跡等個人數據泄露的風險。有必要建設與數據相關的多維度安全管理機制[35]、制定不同健康醫(yī)療機構之間更加明確的數據共享機制以及更加細致的數據分級分類和更細力度的數據訪問權限[36]，滿足數據從產生到銷毀全生命周期的保障需求。也有學者[37]指出，陪伴機器人的應用會導致老年人脫離和逃避人類的現實社會，而沉浸在虛構的機器人社會里。雖然陪伴機器人能進行情感表達但畢竟不是真實人類，人機交互也終究不能與現實交往相提并論。在人機交互的過程中，人對機器人的情感是單向的、反向的情感依賴，而過度依賴會極大地擴大人際關系的沖突，影響多元化、復雜化的社會交流環(huán)境。因此，處理好人機交互中與陪伴機器人的關系，把握好情感補償交流中的量和度極其關鍵。應以正確的態(tài)度面對機器人，防止其過度人格化，同時也避免令之完全工具化[38]。

6 小結

雖然在醫(yī)療領域內，陪伴機器人還存在技術難點較多、服務能力偏弱、監(jiān)管規(guī)范滯后等突出短板和問題，但其在國家政策引導和人工智能、大數據等新技術快速發(fā)展的雙重背景下，上述的問題將被逐一克服，在護理領域的優(yōu)勢也將進一步凸顯。綜上所述，陪伴機器人有望成為未來一段時間內緩解人口老齡化、解決護理人力資源不足等社會化問題的有效手段，可提高老年人居家獨立生活能力。這不僅符合我國以家庭為依托的傳統(tǒng)孝道文化觀念，也是響應政府構建多層次智慧養(yǎng)老服務新模式的積極嘗試，值得科學地探索和實踐。