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。