Интеллектуальная робототехника для помощи пожилым людям в Гонконге (i-REACH)

Это исследование направлено на создание интеллектуального роботизированного решения для помощи пожилым людям в обеспечении мобильности и управляемости. Используя новый подход к разработке UC3, исследователи будут систематически изучать требования пожилых пользователей, чтобы сформулировать технические спецификации для разработки персонализированных носимых роботизированных систем. В частности, мы разработаем: (1) новый подход к разработке UC3 для определения требований и ограничений в отношении мобильности и управляемости пожилых людей на основе геронтехнологических и физиологических исследований; (2) персонализированный сенсорный носимый робот для помощи пожилым людям; (3) интегрированная интерактивная система тестирования для поддержки разработки интеллектуальной помощи пожилым людям с помощью роботов, а также для значительного повышения производительности и безопасности; и (4) экспериментальная среда для тестирования, оценки и демонстрации разработанных систем, подчеркивающая значительное улучшение подвижности и управляемости пожилых людей.

Чтобы улучшить мобильность человека и управляемость, носимое роботизированное устройство должно иметь определенную жесткость, чтобы поддерживать тело человека или выдерживать внешнюю нагрузку. Вдохновленные гибкостью множественных мышечных пучков в биологических мышечных тканях, исследователи предлагают использовать несколько серводвигателей для формирования распределенных приводных сочленений носимого робота гибридной конструкции и регулировать движущую силу и скорость сочленений путем координации выходной мощности каждого двигателя. в настоящее время. Подход UC3 начинается с психосоциального исследования и приводит к выявлению критических потребностей пожилых людей, описываемых параметрами дизайна, основанными на кинезиологии. Это даст рекомендации по разработке интеллектуальных вспомогательных роботов для пожилых людей путем интеграции новых гибридных мягких/жестких мягких носимых роботов, интеллектуальной системы датчиков и методов управления. Затем роботы будут протестированы и оценены в среде, ориентированной на пользователя, чтобы обеспечить следующий этап улучшения. Наши системы будут разрабатываться на основе требований на трех уровнях: (1) уровень физиологии, включающий отдельные активные элементы; (2) функциональный уровень действия; и (3) поведенческий уровень выполнения задач.

Чтобы разработать дизайн нашего носимого роботизированного устройства, важно понимать потребности и компенсационные требования пожилых пользователей в их повседневной жизни на физиологическом, функциональном и поведенческом уровнях. Для обследования будут набраны 60 пожилых людей. Результатом оценки потребностей пользователя будет список категорий «движение, задачи и поведение» со сценариями «проблем с мобильностью дома и в обществе», которые пожилые люди считают важными и необходимыми для самостоятельной повседневной жизни. На основе психосоциальных исследований и физических и физиологических тестов, проведенных на платформе лабораторных испытаний и оценки, исследователи проведут количественную оценку потребностей и компенсаций, чтобы сформулировать технические требования к проектированию и разработке системы. Кроме того, по мере накопления измеренных данных исследователи будут разрабатывать методы машинного обучения для эффективной оценки надежных схем компенсации на основе небольшого набора измеренных данных о новом пользователе. Это значительно ускорит эффективность исследований компенсации при увеличении числа пользователей.

Чтобы оценить наши носимые устройства для улучшения, исследователи будут количественно оценивать повышение подвижности и манипулятивности целевых пожилых людей, используя эксперимент до и после внедрения. В общей сложности 180 пожилых людей из амбулаторных клиник и/или учреждений социальной помощи престарелым будут набраны для участия в трехэтапных исследованиях пользователей, по 60 человек на каждом этапе. Субъекты, которые будут набраны на Фазе 2 и Фазе 3, должны соответствовать следующим критериям включения и исключения: (1) возраст 65 лет и старше; (2) показатель SARC-F (измерение саркопении), равный или превышающий 4; (3) балл SPPB менее 11; (4) умеренное нарушение подвижности, то есть ADL от 6 до 12; (5) способный к ясному общению; и (6) отсутствие когнитивных нарушений. Участники будут использовать систему робототехники и интегрированную среду для ежедневного ухода за собой, чтобы выявить проблемы в функциональности, удобстве использования и принятии прототипа роботизированного устройства. Система, подключенная к мобильным приложениям и Интернету, будет служить платформой для измерения и записи данных о том, как участники участвуют в заранее определенных действиях. Эксперимент продлится шесть месяцев, и результаты будут оцениваться до и после реализации для сравнения и проверки. Основные критерии тестирования включают технические характеристики дизайна в отношении функциональных возможностей и надежности, взаимодействия с пользователем, безопасности системы и конфиденциальности. Также будут измеряться предполагаемая способность и уверенность участников в выполнении повседневных действий по уходу за собой, качество жизни и принятие системы. Первый этап оценки будет сосредоточен на функциональности и надежности индивидуальной системы, измерении стабильности походки с использованием индекса опрокидывания ходунков, утомляемости по вектору реакции ручки (HRV) и центра тяжести. Второй этап будет посвящен оценке производительности системы и удобству использования IAE.

Участие пожилых людей, набранных из амбулаторных клиник и/или учреждений социального обслуживания пожилых людей, в тестах, опросах и/или интервью не повлияет на качество получаемой ими помощи. В исследовании не предполагается употребление наркотиков и медицинское лечение. Вмешательство, опросы и/или интервью не представляют физического или медицинского риска для участников. Единственное опасение заключается в том, что участники могут чувствовать себя немного уставшими после тестов. Участники могут добровольно выйти из исследования в любое время без объяснения причин, их медицинское обслуживание или первоначальные права не будут затронуты.

Исследователи проведут следующий анализ в соответствии с потребностями проекта: пользовательский анализ, физиологический анализ и разработка роботизированной системы. Что касается пользовательского анализа, хи-квадрат или независимые t-тесты будут использоваться для изучения различий в исходных характеристиках между пожилыми людьми с разным уровнем подвижности и трудностями манипулирования. Кроме того, исследователи проведут регрессионный анализ, чтобы сравнить разницу в результатах между пожилыми людьми с разным уровнем мобильности и трудностями манипулирования. Уровень приема на работу, уровень отсева и отсутствующие данные также будут изучены и сообщены. Что касается физиологического анализа, исследователи проведут анатомический анализ мышц, анализ движения, анализ походки, анализ давления стопы и анализ электромиографии. Что касается разработки роботизированной системы, исследователи проведут анализ, связанный с разработкой и работой датчиков.

Главный исследователь будет нести ответственность за сохранение личных данных во время и после исследования. Данные, содержащие личные идентификаторы, будут храниться в течение 5 лет после публикации первой статьи, связанной с исследовательским проектом, а анонимные данные будут храниться в течение 10 лет после публикации первой статьи, связанной с проектом. Вся полученная информация будет использоваться только в исследовательских целях. Все данные будут храниться на зашифрованной рабочей станции и в защищенном паролем облачном онлайн-хранилище.