Älykäs robotiikka vanhusten apuun Hongkongissa (i-REACH)

Tämän tutkimuksen tavoitteena on tarjota älykäs robottiratkaisu ikääntyneiden aikuisten liikkuvuuden ja manipuloitavuuden auttamiseksi. Uuden UC3-kehityslähestymistavan avulla tutkijat tutkivat systemaattisesti iäkkäiden käyttäjien vaatimuksia teknisten eritelmien laatimiseksi yksilöllisten puettavien robottijärjestelmien suunnittelua varten. Erityisesti kehitämme: (1) uudenlaisen UC3-kehitysmallin tunnistaaksemme ikääntyneiden liikkuvuutta ja manipuloitavuutta koskevat vaatimukset ja rajoitteet geronteknologisiin ja fysiologisiin tutkimuksiin perustuen; (2) yksilöllinen anturikäyttöinen puettava robotti vanhusten avustamiseen; (3) integroitu interaktiivinen testausjärjestelmä älykkään robottikäyttöisen vanhusten avun kehittämisen tukemiseksi ja suorituskyvyn ja turvallisuuden parantamiseksi merkittävästi; ja (4) kokeellinen ympäristö kehitettyjen järjestelmien testaamiseksi, arvioimiseksi ja demonstroimiseksi, mikä korostaa ikääntyneiden aikuisten liikkuvuuden ja manipuloitavuuden merkittävää parantamista.

Ihmisen liikkuvuuden ja manipuloitavuuden parantamiseksi puettavalta robottilaitteelta vaaditaan tietty jäykkyys, joka tukee ihmiskehoa tai kestää ulkoista kuormitusta. Biologisissa lihaskudoksissa olevien useiden lihaskimppujen joustavuuden innoittamana tutkijat ehdottavat useiden servomoottorien käyttöä hybridirakenteen puettavan robotin hajautettujen käyttönivelten muodostamiseksi ja nivelten käyttövoiman ja nopeuden säätelemiseksi koordinoimalla kunkin moottorin tehoa. oikeassa ajassa. UC3-lähestymistapa alkaa psykososiaalisella tutkimuksella ja johtaa iäkkäiden aikuisten kriittisten tarpeiden tunnistamiseen kinesiologiaan perustuvilla suunnitteluparametreilla. Tämä antaa suuntaviivat älykkäiden vanhusten avustavien robottien kehittämiseen integroimalla uudet pehmeät/jäykät pehmeät puettavat robotit, älykäs tunnistusjärjestelmä ja ohjausmenetelmät. Tämän jälkeen robotit testataan ja arvioidaan käyttäjäkeskeisessä ympäristössä seuraavan parannusvaiheen mahdollistamiseksi. Järjestelmämme kehitetään kolmen tason vaatimusten perusteella: (1) fysiologinen taso, joka sisältää yksittäisiä aktiivisia elementtejä; (2) toiminnan taso; ja (3) tehtävien suorittamisen käyttäytymistaso.

Puettavan robottilaitteemme suunnittelussa on tärkeää ymmärtää iäkkäiden käyttäjien tarpeet ja korvausvaatimukset heidän jokapäiväisessä elämässään fysiologian, toiminnan ja käyttäytymisen tasolla. Tutkittavaksi otetaan 60 iäkästä henkilöä. Käyttäjien tarpeiden arvioinnin tuloksena on luettelo "liikkumisen, tehtävien ja käyttäytymisen" luokista ja skenaarioista "liikkuvuusongelmista kotona ja yhteisössä", joita ikääntyneet ihmiset pitävät tärkeinä ja välttämättöminä itsenäisen päivittäisen elämän suorittamiseksi. Laboratoriotesti- ja arviointialustassa tehtyjen psykososiaalisten tutkimusten sekä fyysisten ja fysiologisten testien perusteella tutkijat tekevät kvantitatiivisia tarve- ja korvausarviointeja muotoillakseen teknisiä vaatimuksia järjestelmien suunnittelulle ja kehitykselle. Lisäksi, kun mitattu data kerääntyy edelleen, tutkijat kehittävät koneoppimismenetelmiä luotettavien kompensointijärjestelmien tehokkaaksi arvioimiseksi uuden käyttäjän pienen mittaustiedon perusteella. Tämä nopeuttaa huomattavasti korvaustutkimusten tehokkuutta käyttäjämäärän kasvaessa.

Arvioidakseen puettavien laitteidemme parantamista tutkijat arvioivat kvantitatiivisesti kohteena olevien vanhusten liikkuvuuden ja manipuloitavuuden paranemista käyttämällä ennen käyttöönottoa ja sen jälkeistä kokeilua. Poliklinikoista ja/tai vanhusten yhdyskuntapalveluista rekrytoidaan käyttäjätutkimuksiin kolmessa vaiheessa yhteensä 180 ikääntyvää, kussakin vaiheessa 60 henkilöä. Vaiheeseen 2 ja 3 rekrytoitavien koehenkilöiden on täytettävä seuraavat mukaanotto- ja poissulkemiskriteerit: (1) vähintään 65-vuotiaat; (2) SARC-F-pistemäärä (sarkopenian mittaus) on 4 tai suurempi; (3) SPPB-pisteet alle 11; (4) kohtalainen liikkumisvamma, ts. ADL 6-12 välillä; (5) kykenevä selkeään viestintään; ja (6) ei kognitiivista heikkenemistä. Osallistujat käyttävät robotiikkajärjestelmää ja integroitua ympäristöä päivittäiseen itsehoitoon paljastaakseen robottilaitteen prototyypin toimivuuteen, käytettävyyteen ja hyväksymiseen liittyviä ongelmia. Mobiilisovelluksiin ja Internetiin yhdistetty järjestelmä toimii alustana, jolla mitataan ja tallennetaan tietoja siitä, miten osallistujat osallistuvat ennalta määriteltyihin toimiin. Kokeilu kestää kuusi kuukautta, ja tulos arvioidaan ennen käyttöönottoa ja sen jälkeen vertailua ja validointia varten. Tärkeimmät testauskriteerit sisältävät suunnittelun toiminnallisuuden ja luotettavuuden, käyttökokemuksen, järjestelmän turvallisuuden ja yksityisyyden. Lisäksi mitataan osallistujien kykyä ja luottamusta päivittäiseen itsehoitoon, elämänlaatua ja järjestelmän hyväksyntää. Arvioinnin ensimmäisessä vaiheessa keskitytään yksittäisen järjestelmän toimivuuteen ja luotettavuuteen, askelvakauden mittaamiseen kävelijän kallistusindeksillä, väsymyksellä kahvan reaktiovektorilla (HRV) ja painopisteellä. Toisessa vaiheessa keskitytään IAE:n järjestelmän suorituskyvyn ja käytettävyyden arviointiin.

Poliklinikoista ja/tai vanhusten yhdyskuntapalveluyksiköistä rekrytoitujen iäkkäiden osallistuminen testeihin, kyselyihin ja/tai haastatteluihin ei vaikuta heidän saamansa hoidon laatuun. Tutkimukseen ei liity huumeiden käyttöä eikä lääkehoitoa. Interventio, kyselyt ja/tai haastattelut eivät aiheuta fyysistä tai lääketieteellistä riskiä osallistujille. Ainoa huolenaihe on, että osallistujat voivat tuntea olonsa hieman väsyneeksi testien jälkeen. Osallistujat voivat vapaaehtoisesti vetäytyä tutkimuksesta milloin tahansa syytä ilmoittamatta, tämä ei vaikuta heidän sairaanhoitoon tai alkuperäisiin oikeuksiinsa.

Tutkijat tekevät seuraavan analyysin projektin tarpeiden mukaan: käyttäjäanalyysin, fysiologisen analyysin ja robottijärjestelmän kehittämisen. Mitä tulee käyttäjäanalyysiin, khi-neliö- tai riippumattomilla t-testeillä tutkitaan eroja perusominaisuuksissa iäkkäiden aikuisten välillä, joilla on eri tasoisia liikkumis- ja manipuloitavuusvaikeuksia. Lisäksi tutkijat tekevät regressioanalyysin vertaillakseen tuloksien eroja iäkkäiden aikuisten välillä, joilla on eri tasoisia liikkumis- ja manipuloitavuusvaikeuksia. Myös rekrytointiaste, keskeyttämisaste ja puuttuvat tiedot tutkitaan ja raportoidaan. Fysiologisen analyysin osalta tutkijat tekevät lihasanatomisen analyysin, liikeanalyysin, kävelyanalyysin, jalkapaineanalyysin ja elektromyografian analyysin. Robottijärjestelmien kehittämisen osalta tutkijat tekevät anturien kehitykseen ja suorituskykyyn liittyviä analyyseja.

Vastuullinen tutkija on vastuussa henkilötietojen säilyttämisestä tutkimuksen aikana ja sen jälkeen. Henkilötunnisteita sisältävät tiedot säilytetään 5 vuotta tutkimushankkeesta syntyneen ensimmäisen artikkelin julkaisemisesta ja anonymisoituja tietoja 10 vuotta ensimmäisen hankkeesta syntyneen artikkelin julkaisemisesta. Kaikkia saatuja tietoja käytetään vain tutkimustarkoituksiin. Kaikki tiedot tallennetaan salattuun työasemaan ja salasanasuojattuun verkkopilvitallennustilaan.