面向老年需求的養(yǎng)老服務(wù)機器人系統(tǒng)設(shè)計研究

陽帆 陳敏霞 孔維瑾 王菊穎

摘要：人口老齡化逐漸成為全球共同面臨的一個社會問題，中國人口基數(shù)龐大，老齡化人口數(shù)量迅速增加，導(dǎo)致中國人口老齡化現(xiàn)象日益嚴(yán)重，產(chǎn)生了越來越多的空巢老人。該課題基于AI人工智能在中國社會中的廣泛使用，針對高齡老人與殘疾人的實時健康監(jiān)測及醫(yī)療與看護進行設(shè)計與研發(fā)，以實現(xiàn)對高齡老人與殘疾人的健康監(jiān)測、人機情感交互的設(shè)計目的，并為解決中國的社會養(yǎng)老服務(wù)體系提出解決方案。

關(guān)鍵詞：人工智能;老年人;養(yǎng)老服務(wù);社會需求;情感交互

中圖分類號：TP18? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2019）01-0109-03

1 背景

2017年我國空巢老人達到1.69億，占全國人口的12%，其中有近一半的老年人屬于城鄉(xiāng)空巢和類空巢家庭[1]。另外，通過相關(guān)資料的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，老年人由于年齡增大其各項身體機能都在衰退，對于外界環(huán)境的改變適應(yīng)能力降低、身體靈活性逐漸下降，在心理上變得更加敏感、易孤獨，老年人自我照料能力下降，對他人照料的需求逐步增加，這種照料包括衣食住行各個方面，養(yǎng)老服務(wù)不足容易造成老年人晚年生活水平偏低，養(yǎng)老需求 成為老年人最常見的需求[2]。

完善社會養(yǎng)老服務(wù)體系是我國積極應(yīng)對人口老齡化，保障和改善民生的必然要求，也是當(dāng)前我國面對經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和勞動分配改革所進行的措施，因此，提高老年人的生活質(zhì)量，日常生活中的心理陪護、生活輔助以及日常監(jiān)護等逐漸成為老年生活的必然需求，為我國社會養(yǎng)老服務(wù)體系的完善提出最佳的解決方案成為當(dāng)前所需解決的重要問題[3]?；诋?dāng)前國內(nèi)快速發(fā)展的人工智能機器人的相關(guān)技術(shù)，該次課題為解決老人的養(yǎng)老問題，對相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用以及產(chǎn)品所具備的相關(guān)功能進行了設(shè)計研究與應(yīng)用。

2 基于用戶需求的智能機器人設(shè)計研究

2.1 產(chǎn)品構(gòu)架理念分析

根據(jù)調(diào)研分析，目前市場上針對老年用戶的養(yǎng)老服務(wù)產(chǎn)品主要以智能服務(wù)終端為主，其解決的問題主要集中在物理和生理層面，雖然對于老人的生活照料和康復(fù)護理起到了一定的作用，但唯獨不能實現(xiàn)的是給予老年人以精神慰藉，簡而言之就是現(xiàn)存的養(yǎng)老服務(wù)產(chǎn)品缺乏針對老年人心理層面服務(wù)的功能[4]。

基于老年需求的養(yǎng)老服務(wù)機器人服務(wù)設(shè)計研究以最終融入老人生活為目的，力求設(shè)計一款同時兼?zhèn)湮锢怼⑸硪约靶睦韺用娣?wù)功能的智能養(yǎng)老服務(wù)機器人，該服務(wù)機器人的最大特點有：一是具備多種醫(yī)療救助和療養(yǎng)功能的移動服務(wù)平臺終端，可以全天候的跟隨用戶并且在日常生活中對用戶進行檢查，除了常規(guī)的檢查外還加入了用戶特殊需要的其他檢測，并通過佩戴終端實時監(jiān)控用戶的心跳，脈搏等;二是在老人需要的時候進行應(yīng)急救助和呼救，產(chǎn)品通過連接互聯(lián)網(wǎng)，利用網(wǎng)絡(luò)實時與醫(yī)院、家屬三方聯(lián)結(jié)，并將用戶的生理狀態(tài)實時傳送，使其在突發(fā)情況下可以第一時間呼救和聯(lián)系家屬，保障用戶的生命安全;三是具備情感交互功能，產(chǎn)品所具備的情感計算系統(tǒng)能夠分析用戶的情感意圖，做出情感反饋，主要體現(xiàn)在和用戶聊天交談、安慰用戶心理狀態(tài)、用戶術(shù)后的療養(yǎng)和心靈創(chuàng)傷后遺癥治療。

綜合對老年智能服務(wù)產(chǎn)品的調(diào)查分析，該項目方案的外在物質(zhì)載體為仿人形機器人，結(jié)合市場上已有的機器人的外觀以及充分考慮用戶的實際需求對外觀進行設(shè)計，具備高親和力、接受能力和強大功能實現(xiàn)是外觀的設(shè)計要點。

2.2 智能情感交互設(shè)計

針對實現(xiàn)與用戶的情感交互方面，既精神慰藉、生活照料以及陪伴聊天等相關(guān)功能，該智能養(yǎng)老服務(wù)機器人基于AI人工智能，對于長期有精神問題、孤獨癥、老年癡呆癥的老人，可以做到最大范圍內(nèi)安慰以及平復(fù)老人的情緒，甚至做到如真人般的心靈交流和生活上的照料;另外針對類似的弱勢群體，也可以實現(xiàn)心靈上的慰藉，并進行一定的心靈創(chuàng)傷后遺癥治療。

老年群體的監(jiān)護人可以對機器人進行預(yù)先設(shè)置，其內(nèi)容包括老人的性別、年齡、愛好和生活習(xí)慣等生活化數(shù)據(jù)，養(yǎng)老服務(wù)機器人基于AI人工智能的應(yīng)用結(jié)合這些大數(shù)據(jù)，運用心理學(xué)加以綜合分析生成其對老年人的補充性格，以更好地針對每一個老年人進行心理陪護。換個角度來說，智能養(yǎng)老機器人可以通過儲存、記憶分析老年人身邊較為親近的人群，例如子女、外孫等，并且進行類似性格行為的模仿;這樣的設(shè)置使用戶在與產(chǎn)品接觸時不會產(chǎn)生抵觸情緒，同時使機器人在高度保護用戶情感的基礎(chǔ)上，與用戶建立心理層面的安全距離。

除了對于產(chǎn)品自身的功能，該機器人設(shè)計還考慮了與用戶身邊人群的交流服務(wù)，把對老人身體健康的實時監(jiān)測發(fā)送到子女和相關(guān)服務(wù)機構(gòu)的終端上，通過機器人的平臺讓子女實時關(guān)注老人的生活狀態(tài)，并且和老人實時視頻通話，讓在遠方工作的子女能依舊在生活中陪伴老人。

2.3 外觀設(shè)計

因充分考慮到老年用戶的情況和生活環(huán)境，智能機器人在外觀上的設(shè)計采用親和力較高的卡通擬人造型，外形盡可能簡約大方，除部分功能需要特殊的結(jié)構(gòu)外觀外，以簡約風(fēng)為主要的設(shè)計特點。其對應(yīng)用戶主要是以老人和患有心靈創(chuàng)傷后遺癥的相關(guān)弱勢群體，這類人群對產(chǎn)品使用的外觀要求是要避免沖擊性和強烈刺激感的外觀造型，選用可愛的卡通擬人造型可以增進與老年用戶的親和力。

智能機器人的外觀色彩采用飽和度較低的純色，例如：粉紅、粉綠、粉藍、淺灰、白等顏色，以避免用戶在視覺層面的刺激[5]。另外在材料的使用方面，選用高強度的塑料避免外觀上有裸露的金屬件和結(jié)構(gòu)件以免造成二次傷害，參考醫(yī)療器械設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，材料表面處理避免高反光和生硬的質(zhì)地，避免用戶在接觸產(chǎn)品時肢體因表面過于光滑生硬而產(chǎn)生不適感。

2.4 智能養(yǎng)老服務(wù)機器人技術(shù)應(yīng)用與實現(xiàn)

首先是交互設(shè)計，采用以用戶為中心的設(shè)計方法，老年人作為最終的產(chǎn)品使用者，借助心理學(xué)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)支持實現(xiàn)產(chǎn)品的情感交互功能，以滿足老年群體需求作為設(shè)計對象的基本原則。

另外產(chǎn)品的感知系統(tǒng)是由語音傳感器、視覺傳感器、壓力傳感器、煙霧和有害氣體傳感器、光電傳感器、運動傳感器、接近傳感器以及紅外傳感器共八大傳感器共同構(gòu)成的一個傳感網(wǎng)絡(luò)，主要的功能就是輔助健康監(jiān)測和情感交互的正常運行[6]。在日常生活中主要用于對用戶的面部識別、語音識別、觸摸感知、和肢體運動識別，為情感計算提供數(shù)據(jù)分析，觸摸感知、紅外識別、氣體檢測則用于用戶的健康監(jiān)測。

其次老年服務(wù)機器人還具備智能決策，它控制包括了在自主移動，精確定位，識別抓取物體，人機交互，網(wǎng)絡(luò)控制等過程中的智能化的決策。其主要是指在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動機器人進行智能決策和實現(xiàn)控制目標(biāo)的自動決策控制技術(shù)，它可以通過傳感器采集的數(shù)據(jù)進行計算得出解決方案，將解決方案作為情感反饋、動作反饋使機器人進行運作并完成指令。

最后，機器人通訊技術(shù)的運用主要由兩個部分組成：一是利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，通過通信技術(shù)在老年服務(wù)機器人上的應(yīng)用，可以實現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)、聲音和圖像等數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸，同時可以接受來自遠程網(wǎng)絡(luò)的命令和控制;二是基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的家用安防機器人遠程通信系統(tǒng)，提出了一種基于 Markov 的老年監(jiān)護機器人的快速定位方法，并采用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和 WEB 技術(shù)來進行遠程監(jiān)控[7]。

3 產(chǎn)品原型及場景模擬

3.1 陪護功能

陪護功能的特點在于根據(jù)用戶的需要進行療養(yǎng)方案的制定，通過仿人的特點實現(xiàn)功能并細化于日常生活中，產(chǎn)品除了開啟運行時會進行情感設(shè)定外，其特殊的醫(yī)療救護功能還可以根據(jù)用戶具體的病癥和同步用戶醫(yī)療數(shù)據(jù)制定陪護類型，比如高位截癱的老人，機器人主要以照顧用戶的飲食起居和進行康復(fù)治療，其中包括抱病人上下床、按摩復(fù)健、喂食、喂藥等本由護工進行的工作，并且在此期間上傳用戶的健康狀態(tài)數(shù)據(jù)。

醫(yī)療衛(wèi)生看護功能也是需要在產(chǎn)品體現(xiàn)的重要功能之一，它借助傳感網(wǎng)絡(luò)，可以監(jiān)測用戶的健康和衛(wèi)生以及監(jiān)測用戶所在空間的衛(wèi)生情況并進行處置。當(dāng)機器人監(jiān)測到用戶所處的房間過于臟時將信息指令上傳并由家庭中的掃地機器人處理，當(dāng)用戶離開房間后，機器人則會對用戶房間進行消毒處理。

另外當(dāng)用戶由戶外進入戶內(nèi)時，機器人會通過掃描對用戶衣物進行檢測并消毒，利用位于手臂的噴霧式消毒方式裝置進行消毒，然后機器人進行自我消毒清潔，保證在陪護用戶時自身的清潔衛(wèi)生安全。

3.2 智能醫(yī)療服務(wù)設(shè)計

醫(yī)療服務(wù)部分的功能實現(xiàn)有三個部分：

一為外觀上的實現(xiàn)，主要通過機器人的軀干部分進行，在仿生的手臂部分，機器人可以實現(xiàn)抱、握、揉、捏、拿等多種動作，對于需要進行康復(fù)保健的用戶來說可以做到如真人一樣的操作，并且在手臂上部分與用戶肢體接觸的位置采用了柔和的軟膠設(shè)計;機器人的軀干用作的幅度為仿人狀態(tài)，通過傳感器捕捉用戶肢體運動數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)快慢和節(jié)奏，這一部分功能主要針對了患有行動不便的疾病的用戶群體，主要以進行康復(fù)治療和陪護為主。

二為模塊治療組件的設(shè)計。針對不同用戶的身體狀態(tài)配置相關(guān)的醫(yī)療器械，包括：藥瓶、皮下注射器、起搏器、血糖檢測儀、呼吸機、霧化器等配件。在預(yù)先設(shè)定時可以根據(jù)用戶的疾病屬性去配置相關(guān)的配件，放置在臂部和胸部的艙室里面。方便在生活中能跟進治療，防止用戶在戶外或者遠離藥品等急救裝置時病發(fā)而錯過救助時間。

三為網(wǎng)絡(luò)模塊。即機器人、醫(yī)院和家屬在網(wǎng)絡(luò)上進行三方聯(lián)接。機器人在配置上利用大數(shù)據(jù)生成一個獨立賬號，并且具備跟蹤定位、數(shù)據(jù)同步、實時共享、網(wǎng)絡(luò)報警以及資訊更新的功能。

3.3 突發(fā)情況處置

突發(fā)情況處置是基于用戶人身健康安全考慮，即當(dāng)用戶突發(fā)疾病時或者意外受傷時能進行應(yīng)急處理。根據(jù)用戶的醫(yī)療記錄和病理特征，對應(yīng)機器人還在位于臂部和胸部的儲存艙室內(nèi)放置急救藥品和裝置比如呼吸機。當(dāng)用戶遭遇突發(fā)情況時，機器人進入應(yīng)急處理狀態(tài)，并第一時間呼救（通知120急救中心）同時同步用戶信息和事發(fā)位置，并將此次突發(fā)情況備案儲存數(shù)據(jù)，在醫(yī)療救助到達之前，機器人將進行應(yīng)急的治療并等待醫(yī)療救助到達。例如用戶在公園突發(fā)心臟病時，機器人會呼叫急救中心并利用皮下注射器注射藥物緩解用戶的疼痛;如果產(chǎn)生暈厥或休克，利用胸口儲存?zhèn)}室內(nèi)的起搏器進行救治;醫(yī)生到達后立刻進入待機狀態(tài)，并將起搏器交給急救人員，面部和胸部的顯示屏則切換顯示為心率顯示。待完成救助后，機器人上傳突發(fā)情況數(shù)據(jù)，并由急救人員更換或補充儲存艙室內(nèi)的急救藥品和器械，最后應(yīng)急處理狀態(tài)結(jié)束。

4 結(jié)束語

現(xiàn)如今的中國是一個正在步入老齡化的國家，老人的贍養(yǎng)和照顧問題是目前社會一直在關(guān)注的問題，該項目立足民生熱點，以準(zhǔn)確把握老年需求、提升其生活質(zhì)量為初衷，針對高齡老人與殘疾人的實時健康監(jiān)測及醫(yī)療與看護，運用情感交互、人性化等專業(yè)知識并結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，開展養(yǎng)老服務(wù)機器人服務(wù)設(shè)計研究。該課題旨在通過對高齡老人與殘疾人的實時健康監(jiān)測及醫(yī)療看護，運用養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)合醫(yī)院，用戶和社區(qū)的三方互聯(lián)，同時實行線上與線下并行的實時健康監(jiān)測措施，以解決高齡老人與殘疾人在使用智能醫(yī)療設(shè)備上的隱患問題，避免醫(yī)療盲區(qū)，達到解決老年人以及殘疾人養(yǎng)老服務(wù)問題的設(shè)計目的，在符合時代發(fā)展需求的前提下，社會意義以及實踐應(yīng)用價值較大。

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