护理机器人【最新】进展:用语音及脑电波控制


自主性是人类正常生活的精髓,目前已经有很多辅助设备帮助有肢体残疾的人实现着一点。但大部分设备的使用都需要用户有一定的上肢力量,例如,要求用户按下手持式遥控器上的按钮。这就使得手无力的人无法使用此类设备,也不安全。 我们的近期目标是开发新的集成技术以支持肢体单独重新定位,这对于那些肌肉力量很小的人有特别的价值,有助于最大限度减少挛缩和褥疮的发生。我们的长期目标是开发能用于辅助个人护理任务的设备,例如,协助他们从床上转移到马桶上。

护理机器人的系统需求

最突出的挑战包括无障碍及多模式交互、自主性、安全性、保密性、可负担、实时性能和智能化。 还有各种用于输入控制的辅助技术,取决于他们的残疾特性,部分用户喜欢轨迹球鼠标,而另一部分用户可能喜欢语音识别或眼球追踪系统。另一个设计关键是,什么时候允许机器人无视用户命令或不遵循指令。由于机器人设备的能力超过了人类运动的速度和力量,安全性受到极大的关注;在机器人出现意外时,用户可能无法快速有效地应对。 由于个人护理机器人具备有感测、处理和记录信息的能力,他们的使用引起了人们对客户隐私的担忧。从长远来看,如果产品想要成功上市,解决方案必须是可负担的,要在价格和性能之间取得平衡。 此外,当需要紧急医疗护理时,能够提供即时援助也非常关键,因此,辅助机器人必须能够执行实时任务。它必须足够灵敏和智能化,在提供服务的同时,还能确保不会造成伤害,或伤害用户。当需要对用户的舒适性和速度做出安全权衡时,这种设备必须能学习并直接做出决定。

马里兰大学的最新研究 在马里兰大学巴尔的摩郡分校(UMBC),我们最近开始开发一个解决方案,支持人的手臂的移动和重新定位。我们首先对手臂力量有限的人进行了一个调查。其目的是为了调查他们对使用脑机接口技术(Brain Computer Interface,BCI)和语音识别工具的态度,例如下图所示的Emotiv Epoc头戴式耳机,可以控制机器人帮助手臂重新定位。Emotiv头戴式耳机是现成的脑电图系统,能够以非入侵手段沿着头皮记录脑电波活动,还可检测情绪、表情以及有意识的思考。

从研究中我们了解到,参与者最感兴趣的是多模式交互,因为它能提供最多选择进行有效控制。对于整个任务而言,首选的交互模式是语音识别。然而,所有的参与者说,当无法实现语音识别时,BCI设备也非常有用,例如当刷牙时或因呼吸困难而使语音输入解决方案受到挑战时。因此,我们决定整合BCI和语音识别技术。 为了展示集成BCI和语音识别技术进行手臂自主重新定位任务的可行性,我们设计了一个机器人界面,使用Emotic Epoc头戴式耳机和Dragon NaturallySpwaking语音识别软件,进行虚拟手臂重新定位地模拟。该系统整合了无障碍图形用户接口(Graphical User Interface,GUI)。

女性虚拟形象的BCI机器人界面

在一项探索性研究中,四名非残疾参与者用四种输入(键盘、Emotic Epoc头戴式耳机、鼠标和Dragon NaturallySpeaking)执行十个手臂运动任务,按顺序上下移动虚拟形象的肩部和肘部关节。例如,参与者用运动图像模式控制虚拟形象看向左边,并举起虚拟形象的左肘,看向右边并举起虚拟形象的右肘,等等。 初步结果表明,所有参与者都能够使用四种输入方法与虚拟形象互动,其中,使用BCI和语音识别最具挑战性。但是,花时间进行Dragon NaturallySpeaking和Emotiv Epoc训练,可以提高性能,应当指出的是,手部严重无力的人可能会发现,语音控制和BCI跟使用键盘和鼠标相比,相对更简单。

四种交互方式所花费的时间

UMBC的下一步工作将集中在开发设计三个机器人传输原型,一个动力马桶轮椅,一个如厕辅助,一个机器人刷牙系统,和一个通用吃饭夹持器。Kavita Krishnaswamy博士建议用机器人增强日常生活的自主性,需要进一步探讨有效辅助原型。

机器人辅助设备的未来展望 人类最渴望的就是独立:照顾自己的能力,以活得更有尊严、更自由、更独立。我们的目标是把机器人辅助设备带入现实世界里,他们可以支持重度残疾人生活,减轻护理人员的工作量,帮助有严重身体残疾的人达成独立生活不依靠别人的终极愿景。随着机器人辅助设备变得无所不在,他们将使有严重残疾的人在日常生活中放心使用技术,不仅仅是为了生存,更为了活得精彩。

原文发布于微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

原文发表时间:2015-06-10

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