机器人让我这样做:
机器人如何改变残疾儿童的生活
行为疗法研究组对此感到惊讶。他们一直在试图吸引一个不愿分享的孩子。轮换的概念并不在这个孩子的参照系中。然后,一个微型人形机器人被加入其中。几乎立刻,孩子就和它互动了,说,“轮到你了,轮到你了。”
机器人博士Ayanna霍华德的声音很软化,因为她回忆起这一刻:“观察到我的临床医生之一,她的眼睛就像,”我的天啊!你只是看到了吗?“这些是那种让你说的故事,”是的,我要继续这样做。我要继续这样做。“
霍华德博士博士互动计算学校在佐治亚州理工学院,继续做的是找到使用机器人来帮助患有行为或运动残疾的儿童的方法。
“你的目标人群通常得不到充分的服务,因此你所做的事情真的会产生影响。它不像下一个可能有500亿人使用的大设备,但如果他们没有它,也不会改变他们的生活。有了它,可能只有1000个孩子会使用它,但它显著地改变了他们的生活。”
乔治亚理工学院Ayanna霍华德博士。
霍华德与机器人的迷恋博士追溯到她自己的童年,这让她带来了一个叫做人类/机器人互动的地区,其中机器人是人类生命中不可或缺的一部分。“人类和机器人在这个世界上在一起,”她说。“这是一个穿过我所有研究的线程。”
在她职业生涯的早期,当她在美国国家航空航天局工作时,霍华德博士对制造能够模仿科学家思维模式的智能太空漫游者很感兴趣。随着她的研究发展到医疗机器人领域,她现在正专注于将信任和透明度等概念纳入算法的方法。在霍华德博士看来,这是设计她所谓的“服务机器人”的一个关键概念,无论是用于自动驾驶汽车,还是作为残疾儿童的治疗教练。
“父母了解这一点的重要性,但他们通常没有时间和知识来监督它。机器人可以提供指导,动机,反馈,同时与使用它们的孩子创造纽带。“
陈玉平博士,佐治亚州立大学
霍华德博士。“儿童习惯于技术。他们喜欢它,它对他们直观,所以一个机器人适合这种技术。这是一个足够的东西,它的新颖,但仍然直观,所以这不是一个不舒服的经历,就像“这是什么?我该怎么办?'就像'哦,这是一个机器人,我很满意,我知道如何使用它并与之交互。'“
除了机器人,目前正在测试的系统还包括一个在电视屏幕上玩的虚拟现实游戏,该游戏鼓励孩子做手臂运动,使泡泡破裂。使用Kinect摄像头,孩子可以看到自己在玩游戏。
当孩子玩游戏时,NAO与孩子互动,提供关于行为是否正确的反馈。这个完全具身的机器人还可以向孩子展示正确的动作方式,因为对孩子来说,3D表现比2D化身更有意义。
机器学习来教机器人
机器人辅助治疗的一个关键方面是需要机器人来激励孩子继续练习。为了做到这一点,机器人必须学会治疗师在治疗过程中如何激励和指导孩子。为此,霍华德博士的团队从治疗过程中收集视觉数据(图像和视频)。
计算机愿景用于提取这些会话期间儿童在做什么。他们的身体运动是在治疗过程中对应于不同任务的身体运动?视觉数据集还显示临床医生在正确或错误地完成练习时如何与孩子交互。
这些数据集被用来教机器人与孩子互动时的适当行为。机器学习被用于视觉数据集分类儿童和治疗师之间的互动。由此,机器人学习如何对各种治疗方案作出反应,并被编程所需的反应,以激励孩子再次尝试。
该团队目前正在训练NAO在实时游戏时的情绪识别能力。这将使它能够实时分析面部手势,以确定孩子是否感到无聊,疲倦,或分心,并相应地调整游戏。这将心理学和更深层次的机器学习结合在一起。
硬件是很困难的
“硬件是很困难的。在部署到机器人硬件平台之前,我们使用软件模拟来测试算法。根据算法和开发阶段,仿真是结合MATLAB、Gazebo和NAO接口完成的。”
乔治亚理工学院Ayanna霍华德博士。
模拟用于回答问题:诸如:允许机器人举起幸福的手势的所需的关节运动学是什么?霍华德的团队博士在融合了重力,摩擦和环境方面的软件中创造了高效的原型。如果某些东西无法正常工作,模拟使团队能够快速重复。
“这真的很重要,因为在硬件方面,它需要花费大量的时间和开发时间,而且你可能会弄坏东西,所以你不想犯太多错误。”
乔治亚理工学院Ayanna霍华德博士。
“我们可以看看模拟基线并进行改进,”霍华德博士说,“因为我们可以更快地做到,没有恐惧。如果它不起作用,那没关系。我们只需更改参数并再次运行模拟过夜。“
仿真使团队能够快速迭代对算法的改进。霍华德博士说,“这是它允许我们更好地使事情更快,因为我们不一定建立第一次正常工作的机器人,价格点是有道理的。”
每个孩子的机器人
目前,这些机器人是在有治疗师在场的家庭环境中使用的。我们的目标是开发这个系统,这样它就可以用于家庭治疗。
“我们还没有做到完美,”霍华德博士说,“因为每个孩子都是独一无二的,每个人的互动都不同,反应也略有不同。”他们的运动轮廓略有不同。所以,最大的挑战是,我们如何确保我们的机器人有足够的适应性,这样当我们把它带进来的时候,它可以根据我们所接触的孩子在那个时刻的能力而改变?当我们讨论一个有特殊需求的孩子时,在没有规范的情况下,你如何创建我们的系统,使它可以被任何父母或临床医生使用,并使它在界面方面足够简单和低成本,以供家庭使用?”
陈博士,陈立尔博士毫无疑问可以满足这些挑战。“无论我在问什么,霍华德博士都可以让它发生,”她说。“作为治疗师,我有很多疯狂的想法。我希望有一些居住在远处的孩子,他们可以玩游戏,我们可以观察他们从远处做的事情。无论我需要什么,我告诉她,她可以实现这一目标。这是最令人兴奋的部分。那是我的梦想成真。“