基于自闭症儿童医疗陪护机器人设计研究

陈松 刘艺伟

摘要：自闭症是一种终生的神经发育状况或一系列相关状况，会影响一个人与他人互动并体验周围世界的方式。针对自闭症人群，尤其是儿童的机器人系统，是社会机器人技术设计研究的一个新兴子领域。通过对市场上的机器人应用案例功能分析，设计一款自闭症儿童医疗陪护机器人。

一、引言

自闭症谱系障碍（ASD）是一种发育障碍，其特征是社交互动，言语和非言语交流受损，并且倾向于从事受限，重复或刻板的行为。全球每 160名儿童中就有 1名患有自闭症谱系障碍。发育障碍通常以社交，情感和沟通挑战为特征。这不是可以治愈的东西，但是早期的干预措施，例如言语和行为疗法，可以改善孩子的成长。近年来社交辅助机器人的发展为自闭症患者提供了更实惠，更个性化的护理开辟了一种有希望的新途径。从理论上讲，家用机器人可以通过接管更具重复性的培训活动来帮助补充人类治疗师，而人工智能可以帮助个性化体验。

二、自闭症儿童机器人的应用案例

第一，NAO机器人是类人型机器人，具有吸引人的外观，易于被儿童接受。在以前的研究中，NAO机器人已成功应用于自闭症儿童的训练任务，并取得了理想的效果。NAO机器人的高度为 574 mm，重量为 5.4 kg，集成了各种传感器（例如摄像机，麦克风，惯性单元，触觉传感器和关节位置传感器）和执行器（例如扬声器，关节电动机和 LED 。因此，NAO机器人可以收集环境信息并方便地与人互动。NAO机器人支持的编程语言包括Python，C ++，Java和 JavaScript。基于此，我们可以灵活地进行程序开发。（图 1）

第二，Milo是人形机器人，可以做一系列面部表情，以帮助自闭症儿童识别人的情绪。Milo机器人通过语音、动作可以与自闭症儿童产生交流互动，造型拟人可爱，可提供给患儿一定的社会互动过程，培养其正常的沟通能力。自闭症儿童通过使用 Milo机器人，有利于其顺利地掌握沟通技能。（图 2）

第三，Leka是一个能够移动的球形机器人。患儿可以在无人看护下单 图三 Leka 独与 Leka玩耍。Leka具有声、光、震动等功能，促进培养患儿对四周围以上 3款产品各具特色，其共同点是造型及行为方式亲和、部分拟人

的感知能力，使其得以发展良好的社交技能。（图 3）化，都具备语音、图画交流显示的载体，且肢体设计都能与患儿产生良好的互动，帮助患儿取得更好的疗效。以此做借鉴，引入设计实例中，并对产品的色彩选择、造型及动作交互作出更为详尽的设计[1]。

自闭症儿童被认为对机器人特别感兴趣并受其激励，这可能与他们是交互式（但经过编程且昀终基于规则的）设备这一事实有关。确实，基于机器人的程序通常被认为对这一群体有潜在的好处，特别是因为它们提供了相当可预测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）。机器人与人类不同，它们将永远相同。他们的语气将始终相同，他们的曲率将始终相同，肢体语言将始终相同。它们是非常可预测的，例如，如果您说某件事，它会把某件事还给您。因此，我认为对于自闭症孩子来说，他们喜欢这种东西，即可预测性” [2]。

三、自闭症儿童机器人的功能分析与设计实例

1.监护功能

以往的研究已经证明，机器人以及具有自动反馈功能的游戏至少可以在短期内改变自闭症儿童的行为。这种互动可以帮助孩子掌握社交技能，例如保持持续的眼神交流，使他们以融入平常人的生活。但是，将这些新技能转化为更好的人与人之间的互动可能需要更长和更深入的培训。

2.发展自主性以提高可用性

由于昀新的应用领域给操作人员带来了特别高的认知负担，因此开发使机器人更易于控制并允许成人操作人员专注于儿童而不是机器人的方法非常重要。在针对 ASD患儿的机器人辅助治疗中，成人监护者（无论是研究人员，治疗师，教师还是父母）都必须对机器人进行部分或完全遥控。尽管使用此方法可以使成人操作员进行高度个性化的干预，重点放在诸如培养孩子的社交技能等高层目标上，但它确实需要操作员将注意力集中在孩子和机器人之间，以确保机器人能够做出响应适当地适合孩子的行为。但是，当前的传感技术和计算技术还不足以提供足够的准确性，无法与ASD儿童提供一致，稳定以及个性化和灵活的人机交互。

3.基本性能

可靠性，使用户对系统充满信心对于使用户想要使用和使用系统至关重要。尽管在 ASD儿童辅助机器人领域这尤其具有挑战性，但机器人通过考虑用户将如何使用该系统以及过去可能发生和发生的问题，已经能够实现较高的可靠性。

安全性，确保任何机器人系统都是安全的，无论其用户组是谁。因此，机器人的开发旨在确保与儿童一起安全使用。这意味着要确保没有触电的机会，没有锋利的边缘以及许多其他考虑因素。机器人需要安装广泛的安全功能，以确保适合放置在家庭或学校环境中。

可负担性，为了使机器人系统对用户可用，必须以可承受的价格生产它们。确保机器人如果能够投入批量生产，可能会负担得起。

设计方案

四、总结

许多研究侧重于社交机器人的積极作用，以帮助改善发育障碍。参与多种互动游戏场景，以帮助儿童学习基本的社交技能，例如模仿和转弯，自闭症儿童可能会学会非常具有挑战性的技能。与孩子们互动，以帮助他们发展和提高协作能力。通过玩涉及个人卫生或食物的游戏来实现认知学习。通过共同唱歌或击鼓，使孩子们参与建立信心的活动。但是，与机器人的预期行为不同，人类和生命都是无法预料的，并且一个重要的教育目标是支持儿童学习应对这种不确定性。我们需要担心，可预测且一致的机器人可能会在这方面阻碍儿童的进步：“ 技术在很大程度上可以说是他们想要的。我们希望他们了解的是，世界是不可预测的，世界有千姿百态，我们希望他们能够对事情做出灵活的反应“。

参考文献

[1]赵芳华.基于自闭症儿童情感特征的陪护机器人设计研究[J]. 现代特殊教育，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

作者简介：陈松（1998-），男，汉，四川省宜宾市，本科，研究方向：产品设计。刘艺伟（1997-），女，汉，河北省唐山市，本科，研究方向：产品设计。