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。”
机器人专家阿雅娜·霍华德(Ayanna Howard)博士回忆起这一刻时，声音变得柔和起来:“一位正在观察的临床医生转向我，她的眼睛好像在说，‘哦，我的天哪!你看到了吗?“这些故事会让你说，‘是的，我要继续做下去。我要继续这样做。’”
霍华德医生，主席交互计算学院在佐治亚理工学院，他一直在寻找使用机器人帮助行为或运动残疾儿童的方法。
阿雅娜·霍华德博士和研究生金旭正在搭建NAO机器人。
“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。”
阿雅娜·霍华德博士，佐治亚理工大学
霍华德博士对机器人的迷恋可以追溯到她自己的童年，这让她进入了一个叫做人/机器人互动的领域，在这个领域里，机器人是人类生活中不可分割的一部分。“人类和机器人在这个世界上是一起的，”她说。“这是贯穿我所有研究的一条线索。”
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。
霍华德博士的研究使用了软银机器人公司(SoftBank Robotics)的NAO机器人，让孩子们在物理治疗期间参与项目。
研究生Jin Xu在佐治亚理工学院实验室搭建了NAO机器人。
“家长们明白这一点的重要性，但他们通常没有时间和知识去监督它。机器人可以提供指导、激励和反馈，同时与使用它们的孩子建立联系。”
陈玉平博士，佐治亚州立大学
霍华德博士所赞同的。“孩子们已经习惯了科技。他们喜欢，对他们来说很直观，所以机器人就属于这类技术。它的不同之处在于它是新颖的，但仍然是直观的，所以它不会是一种不舒服的体验，比如“这是什么?”我该拿这个怎么办?’就像‘哦，这是一个机器人，我很喜欢它，我知道如何使用它，如何与它互动。’”
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)。
计算机视觉被用来提取孩子在这些过程中所做的事情。在治疗过程中，他们对应不同任务的身体动作是什么?可视化数据集还显示了当孩子正确或不正确地完成练习时，临床医生如何与孩子互动。
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。”
阿雅娜·霍华德博士，佐治亚理工大学
仿真被用来回答诸如这样的问题:需要什么样的关节运动学才能让机器人做出快乐的手势?霍华德博士的团队在软件中创建了高效的原型，结合了重力、摩擦和环境等方面。模拟使团队能够在某些东西不能正常工作时快速重申。
“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。”
阿雅娜·霍华德博士，佐治亚理工大学
计算机视觉用于分析儿童的运动。
霍华德博士说:“我们可以观察模拟基线并做出改进，因为我们可以做得更快，没有恐惧。”如果不成功，也没关系。我们只是改变一个参数，然后一夜之间再次运行模拟。”
模拟使团队能够快速迭代改进算法。霍华德博士说:“这样做的好处是，它能让我们做得更好、更快，因为我们不一定能制造出第一次就能正常工作、价格合理的机器人。”
在部署到机器人硬件之前，霍华德博士的团队依靠模拟来测试算法。
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?”
以陈博士为例，他毫不怀疑这些挑战是可以克服的。“无论我要求什么，霍华德医生都能做到，”她说。“作为一名治疗师，我有很多疯狂的想法。我希望一些住得很远的孩子，他们可以玩游戏，我们可以从远处观察他们在做什么。不管我需要什么，我都告诉她，她会帮我搞定的。这是最令人兴奋的部分。我的梦想实现了。”
