Inteligentna Robotyka dla Osób Starszych w Hong Kongu (i-REACH)

Niniejsze badanie ma na celu dostarczenie inteligentnego rozwiązania robotycznego wspomagającego mobilność i manipulację osób starszych. Wykorzystując nowatorskie podejście do rozwoju UC3, badacze będą systematycznie badać wymagania starszych użytkowników, aby sformułować specyfikacje techniczne do projektowania spersonalizowanych systemów robotycznych do noszenia. W szczególności opracujemy: (1) nowe podejście do rozwoju UC3 w celu określenia wymagań i ograniczeń dotyczących mobilności i manipulacji osób starszych w oparciu o badania gerontechnologiczne i fizjologiczne; (2) spersonalizowany robot do noszenia, sterowany czujnikami, do pomocy osobom starszym; (3) zintegrowany interaktywny system testowania wspierający rozwój inteligentnych robotów wspomagających osoby starsze oraz znacząco poprawiający wydajność i bezpieczeństwo; oraz (4) środowisko eksperymentalne do testowania, oceny i demonstrowania opracowanych systemów, kładąc nacisk na znaczną poprawę mobilności i manipulacji osób starszych.

Aby poprawić mobilność i manipulację człowieka, urządzenie zrobotyzowane do noszenia musi mieć pewną sztywność, aby utrzymać ludzkie ciało lub wytrzymać obciążenie zewnętrzne. Zainspirowani elastycznością wielu wiązek mięśni w biologicznych tkankach mięśniowych, badacze proponują wykorzystanie wielu serwomotorów do utworzenia rozproszonych połączeń napędowych robota do noszenia o strukturze hybrydowej oraz do regulacji siły napędowej i prędkości stawów poprzez koordynację mocy wyjściowej każdego silnika w czasie rzeczywistym. Podejście UC3 rozpoczyna się od badania psychospołecznego i prowadzi do identyfikacji krytycznych potrzeb osób starszych, opisanych za pomocą parametrów projektowych opartych na kinezjologii. Zapewni to wytyczne dotyczące opracowywania inteligentnych robotów wspomagających osoby starsze poprzez integrację nowatorskich, hybrydowych, miękkich/sztywnych, miękkich robotów do noszenia, inteligentnego systemu wykrywania i metod sterowania. Roboty zostaną następnie przetestowane i ocenione w środowisku zorientowanym na użytkownika, aby umożliwić kolejną fazę doskonalenia. Nasze systemy będą rozwijane w oparciu o wymagania na trzech poziomach: (1) poziomie fizjologicznym, obejmującym poszczególne elementy aktywne; (2) poziom działania funkcji; oraz (3) poziom zachowania podczas wykonywania zadań.

Aby opracować projekt naszego robota do noszenia, konieczne jest zrozumienie potrzeb i wymagań kompensacyjnych starszych użytkowników w ich codziennym życiu na poziomie fizjologii, funkcji i zachowania. Do badań zostanie zrekrutowanych 60 osób w podeszłym wieku. Wynikiem oceny potrzeb użytkownika będzie lista kategorii „ruchu, zadań i zachowań” wraz ze scenariuszami „problemów z poruszaniem się w domu i środowisku”, które osoby starsze uznają za ważne i niezbędne do samodzielnego wykonywania codziennych czynności. Na podstawie badań psychospołecznych oraz testów fizycznych i fizjologicznych przeprowadzonych na platformie laboratoryjnej i ewaluacyjnej badacze przeprowadzą ilościową ocenę potrzeb i kompensacji, aby sformułować wymagania techniczne dotyczące projektowania i rozwoju systemu. Ponadto, w miarę gromadzenia zmierzonych danych, badacze opracują metody uczenia maszynowego, aby skutecznie oszacować wiarygodne schematy wynagrodzeń w oparciu o niewielki zestaw zmierzonych danych dotyczących nowego użytkownika. To znacznie przyspieszy efektywność badań kompensacyjnych, gdy liczba użytkowników wzrośnie.

Aby ocenić nasze urządzenia do noszenia pod kątem ulepszeń, badacze dokonają ilościowej oceny zwiększenia mobilności i możliwości manipulacji docelowych osób starszych za pomocą eksperymentu przed i po wdrożeniu. Łącznie 180 osób starszych z przychodni i/lub jednostek opieki społecznej dla osób starszych zostanie zrekrutowanych do badań użytkowników w trzech fazach, po 60 osób w każdej fazie. Osoby, które mają być rekrutowane w Fazie 2 i Fazie 3, muszą spełniać następujące kryteria włączenia i wyłączenia: (1) wiek 65 lat lub starszy; (2) wynik SARC-F (pomiar sarkopenii) równy lub wyższy niż 4; (3) wynik SPPB mniejszy niż 11; (4) umiarkowane upośledzenie ruchowe, tj. ADL między 6 a 12; (5) zdolny do jasnej komunikacji; oraz (6) brak upośledzenia funkcji poznawczych. Uczestnicy będą wykorzystywać system robotyki i zintegrowane środowisko do wykonywania codziennych czynności samoobsługowych w celu wykrycia problemów z funkcjonalnością, użytecznością i akceptacją prototypu zrobotyzowanego urządzenia. System połączony z aplikacjami mobilnymi i Internetem będzie platformą do pomiaru i rejestrowania danych o tym, jak uczestnicy angażują się w określone z góry działania. Eksperyment potrwa sześć miesięcy, a wyniki zostaną ocenione przed i po wdrożeniu w celu porównania i walidacji. Główne kryteria testowania obejmują specyfikacje projektu dotyczące funkcjonalności i niezawodności, doświadczeń użytkowników, bezpieczeństwa systemu i prywatności. Mierzona będzie również postrzegana przez uczestników zdolność i pewność siebie w wykonywaniu codziennych czynności samoobsługowych, jakość życia i akceptacja systemu. Pierwszy etap oceny skupi się na funkcjonalności i niezawodności poszczególnych systemów, mierząc stabilność chodu za pomocą wskaźnika wychylenia chodzika, zmęczenia za pomocą wektora reakcji uchwytu (HRV) i środka ciężkości. Drugi etap skupi się na ocenie wydajności systemu i użyteczności IAE.

Udział osób starszych rekrutowanych z przychodni i/lub jednostek pomocy społecznej osób starszych w testach, ankietach i/lub wywiadach nie wpłynie na jakość opieki, jaką otrzymują. Badanie nie obejmuje używania narkotyków ani leczenia. Interwencje, ankiety i/lub wywiady nie wiążą się z żadnym fizycznym ani medycznym ryzykiem dla uczestników. Jedyną obawą jest to, że uczestnicy mogą czuć się nieco zmęczeni po testach. Uczestnicy mogą dobrowolnie wycofać się z badania w dowolnym momencie, bez podania przyczyny, nie będzie to miało wpływu na ich opiekę medyczną ani pierwotne prawa.

Badacze przeprowadzą następujące analizy w zależności od potrzeb projektu: analizę użytkownika, analizę fizjologiczną i rozwój systemu robotycznego. Jeśli chodzi o analizę użytkowników, do zbadania różnic w charakterystyce wyjściowej między starszymi osobami dorosłymi o różnych poziomach trudności w poruszaniu się i manipulacji zostaną wykorzystane testy chi-kwadrat lub niezależne testy t. Ponadto badacze przeprowadzą analizę regresji, aby porównać różnice w wynikach między starszymi dorosłymi o różnych poziomach trudności w poruszaniu się i manipulacji. Wskaźnik rekrutacji, wskaźnik rezygnacji i brakujące dane również zostaną zbadane i zgłoszone. Jeśli chodzi o analizę fizjologiczną, badacze przeprowadzą analizę anatomii mięśni, analizę ruchu, analizę chodu, analizę nacisku stopy i analizę elektromiograficzną. Jeśli chodzi o rozwój systemów robotycznych, badacze przeprowadzą analizę związaną z rozwojem i wydajnością czujników.

Główny badacz będzie odpowiedzialny za przechowywanie danych osobowych w trakcie i po zakończeniu badania. Dane zawierające identyfikatory osobowe będą przechowywane 5 lat po opublikowaniu pierwszego artykułu powstałego w ramach projektu badawczego, a dane zanonimizowane będą przechowywane przez 10 lat po opublikowaniu pierwszego artykułu powstałego w ramach projektu. Wszystkie uzyskane informacje zostaną wykorzystane wyłącznie do celów badawczych. Wszystkie dane będą przechowywane na zaszyfrowanej stacji roboczej oraz w chronionym hasłem internetowym magazynie w chmurze.