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辅助家用机器人-不仅仅为清洁而生
摘要
目的：这篇论文的目的是为了为家用的辅助产品创造新的思路，尤其是为有老人的家庭制造利用机器人技术的家用电器。这项工作是建立在家用机器人的普及和工业社会人口老龄化的问题上的。
设计/方法学/途径：技术应该是一件属于我们自己并且可以运用在我们实际生活中的事情。早期研究表明，处理清洁的功能外，新的家用机器人能够改变家庭的日常生活以及人类与机器人的关系。以早起的研究作为研究起点，本论文提出一款真空吸尘器机器人，它是一个发展普遍使用的安全服务和描述一个概念原型的实现的平台，而这种概念原型的实现可以通过帮助人们处理突发状况，给老年人及其他家人一种安全的用户体验。不仅如此，这种原型最终也得到了终端用户的实证性评估。
发现：研究证明，这款安全产品的范本模型可以用价格合理的已有部件来制作。最初的评测结果和相关的研究显示，家用机器人产品的接受率很高，这也促进了该领域更深入的研究。除此之外，本论文还精确描述出需要更深入研究的部分。
研究 限制/含义：为了加强该研究的实际意义并且推动产品的发展，家用机器人还需要一个强大的工业“伙伴”。为了提高它的可靠性和稳定性，先进感知技术和决策算法都需要得到更深入的研究。
创意/价值：本论文将提出一个关于为照顾老人以抽真空清洁机器人为基础的安全产品的新概念，并且我们也将尝试去提高这类机器人所需要的感知能力。
关键词：辅助技术 老年人照顾 家用机器人 安全产品 通用即插即用 服务机器人
论文形式：概念论文
1.老年人和机器人
随着年龄的增长，人们开始对未来感到害怕和担忧。这些害怕和担忧大多因为患上重大疾病，然后沦为犯罪或者经济问题的受害者。但是，每天的日常生活也是人们担忧的问题之一：因为担心会引起火灾而害怕做饭，因为担心积水而害怕拖地，还害怕忘记关门关窗。所有的这些情绪会给人们带来额外的压力和不安全感。但是很多邀请老年人作调查的研究表明，跌倒是他们最害怕的一件事。特别的是，因为他们害怕摔倒后可能导致的让自己更加虚弱的结果，所以这种恐惧是这些老年人限制自己参与到身体和社会活动中而导致的。
为了减少这种恐惧并且在一些紧急情况下帮助老年人，一些盈利的系统应运而生。最常见的是报警类的产品，像是手表和挂件。这种侦查力下降的重要意义也吸引了一些学术研究。大部分引入的方法都是以加速度计的输出变量为基础的。这是一项身体可穿戴的技术，并且老年人必须记得去穿戴它。这也是一种可行的方法，去记录设备捕捉到的人像，然后通过图像处理技术从表象上去检测摔倒的可能性。然而，视频摄像机和麦克风是一个涉及到用户隐私和接受度的问题，有些人愿意接受而有些人却不愿意。但是现在存在着这样一种公认的趋势，人们越来越重视自己的隐私。使用摄像头和麦克风设备并且分享流动的信息在某些地方是不被人们所广泛接受的。所以，很多信息必须在用户家中就进行处理，并且只有警报类信息会被发送到家庭以外的地方进行处理。很多人也想在这种帮助的控制范围内，在通常情况下人们也认为这种提供附加帮助的设备是一种非常好的发明，坚持独立生活的老年人会很乐于接受这种有安全警示功能的设备，但是不希望设备发送自动警报，因为真正发生意外的情况很少，大部分都是设备给出的错误警报。许多护理人员认为，这种错误警报是这类设备最主要的缺陷。
护理机器人自身就是一类技术，它以帮助老年人完成日常任务和获得安全以及日常社交为目的，并且在不断地发展。它们看起来可以像是任何的东西，在午餐和购买药品时像人类一样陪伴老年人。现在已经有了一些护理机器人的实例，例如德国制造的“护士机器人”，韩国制造的“Joy”，它是一款“乘务机器人”。还有一个已有的实例是一款叫做“Kompai”的机器人，它是由法国服务机器人公司制造的三代软机器人。这种移动机器人可以讲话，理解人们的讲话并且还能自动操纵。它可以提醒人们参加会议，按照购物清单购物，播放音乐和工作，就像是用户在和他们的医生交流的可视通讯系统一样。还有一款由日本RIKEN公司制造的人形机器人“Ri-Man”，这款机器人已经受到了新闻媒体的特别关注。“Ri-Man”配有视觉、听觉、嗅觉和触觉这四种感知系统，它还能举起、携带用户。
虽然现如今的机器人系统已经能支持某些功能，但是为了满足更多的老年人的实际需求，许多关于机器人技术的实际使用问题还有待解决。人们还会担心这种新的科技产物进入家中会造成老年人（不仅仅是老年人）的过分依赖，所以，机器人仍然需要得到更多的认可并且消除人们的这些疑虑。这个系统开发所需要的花费也是一个巨大的挑战。在许多善于机器人技术的国家中，日本的人形机器人曾经有过鼎盛的发展，因为日本超过22%的人口在65 岁以上。日本的汽车制造商也强烈支持家用机器人的开发，甚至在十年前就表示，机器人会在每个日本的家庭中普及。但是，BBC曾经报道，“现在已经有了家庭机器人，但是它们似乎没有足够多的用处值得人们花掉许多钱去购买它。”考虑到不同老年人的需求，一些研究者认为未来的研究需要向更简单化、特殊化的方向发展，并且需要设计一些能够完成特殊任务的人们负担得起的机器人，比如指引盲人过马路的机器人，帮助身体有缺陷的人穿衣喂食的机器人。
熟悉度，以及将新技术转换为老年使用者所熟悉的东西也是一个非常重要的考虑因素。就像Leonardi et al.曾经说的那样，技术是属于我们自己的世界并且符合我们日常实践的东西。所以为什么不继续发展现已有的设备并慢慢为其添加智能、精准控制能力和功能呢？从小事做起再慢慢建立更高级的功能。为什么不考虑将洗衣机、微波炉、咖啡机这些家用电器升级成家用机器人呢？有安全意识的机器人将家用电器有机的联系起来，这样的技术可能会构建起可靠并为人所熟悉的安全网络。
在下面的内容中，本文将在第二节介绍已有家用机器人的概况。我们研究了两个数据库，IEEE电脑社会数据库和ACM数据库，所有的研究都建立在标题，关键词和摘要的基础上。我们试图鉴定所有的现有家用机器人技术和用户体验。辅助系统的方案和设计要求将在第三节中介绍，而第四章将描述系统实现的提出，最初的结果和测评会在第五节进行描述，第六节将总结这项研究，概括未来的研究方向。
2.家用机器人的社会生态学问题
早期的将机器人引入家庭的尝试，例如80年代的“HERO”和“TOP”，它们都不是很成功。在大多数情况下它们无法执行实际的任务，更多的只是针对教育和娱乐。2000年代，“Roomba”进入消费者市场是第一次突破性的成功，它们由iRobot、三星、飞利浦、伊莱克斯等公司制造。因为这种机器人的使用并不是非常广泛，所以所有可提供的研究都可以用来对后续的研究提供鉴定和讨论方向。被研究的最多的就是由iRobot公司生产的抽真空吸尘器机器人Roomba。这也许是因为它在市场上的早期外形和后来的产品信誉以及受欢迎程度，这意味着它不仅能在早期购买它的家庭中看到，还能够在大多数普通家庭看到。下面我们将讨论这项研究的主要发现，关于抽真空吸尘器机器人针对老年人设计的平台及其指导思想与目的。
最早的人种学研究中，Forlizzi(2007)发现了Roomba如何使用，以及在家中使用机器人的过程中人的行为(不同年龄段将发生改变。此外，Roomba支持多重任务执行，这意味着当家里的地板被抽真空吸尘器打扫过之后，人们会更想去完成其他的活动。而且研究人员也发现，特别是老年人已经改变了他们的清洁方式，它们不再是计划清洁，而更多的是不定时的清洁、抽真空吸尘器也使用的越来越频繁。开发者也考虑到了Roomba的美学和标志学。此外,其新颖性、自动化和易用性引发了使用者的情绪反应。后来Sung et al.(2007、2008、2010)进行了类似的研究，以建立国内机器人生态学框架，以客观的促进国内机器人的交互设计。研究证实，机器人针对使用者的物理环境做出改变，如拿走可能的障碍物，防止Roomba跌倒，纠正地毯上，将椅子搬到桌子上以及从它的移动路径上移除其他可能的障碍物，等等。(Sung et al., 2010)。此外，Roomba还可以调解使用者与家庭之外的人(朋友、邻居)的社交问题。Roomba也被用作娱乐设备，看着它的运行过程也会使人感到很有趣，呼唤名字、玩耍、执行任务，同时它也会被赋予一种性格，或是愚蠢的，或是疯狂的，或是聪明，等等。(Sung et al., 2008)。Roomba似乎让测试参与者感到非常快乐，体验者觉得Roomba像是一位家庭伴侣，就像一个宠物像和宝贵的家庭成员一样(Sung et al., 2007)。
总的来说，现在的研究显示了一项有趣的发现，关于真空机器人改变使用者的行为和感受的方式。许多报道如环境组织，与机器人执行集体清理活动、社交活动，最后为使用者提供娱乐，这种功能一定会受到许多人的欢迎和推崇，尤其是对一位上了年纪的人来说，这种机器人为他们的日常活动增添了快乐和喜悦。我们发现，这项研究鼓励进一步加强家电用额外的传感和通信功能。第一个原型应用程序被设计来改善老人的安全及安全的感觉,因为我们认为这是最有价值的附加功能。Sung et al. (2010) 提出了指导方针以及援助技术的一般要求，下面将讨论原型的开发基础。
3.使用情况和要求
这项系统的运用和后续需求的灵感来源于芬兰报纸[6] 的一个真实的案例报道:
在一个老年人的公寓里,一个独自生活的61岁男人Rauno从机动滑板车上跌落腰部以下瘫痪，他试图求救，但没有人听到。他也试图让自己爬起来，甚至手掌磨起水泡。Rauno没有安全手镯，只有手机。但是尽管他努力地在地板上滚动前进，他却始终碰不到手机。Rauno在公寓地板上躺了几天，被发现的时候已经奄奄一息了。
事实上,芬兰的媒体最近也报道过其他类似的案例。一位老妇人因为忘了穿她的安全装置，在类似的情况下死亡了。她摔了一跤并且受了伤，那时她是有意识的，但是没能力打电话求助。在某些情况下安全手镯会被使用者可以取掉，例如当洗澡、洗碗的时候或者只是因为它戴着不舒服。
系统集成整合到家庭环境中运行将会避免此类悲剧的发生，即使人们忘了穿戴安全设备。一些研究也表明，除了心理效应，得到帮助后迅速降低死亡的风险下降了80%，住院治疗的风险也降低了26% (Noury et al .,2008)。
除了利用吸尘器机器人，我们建议的安全系统不需要穿戴设备，但可以通过传感系统感知家庭环境和活动。制造这样一个集成的系统装置需要在每个房间安装一些不引人注目的传感器(如运动检测)和在一些现有的或新电脑上安装软件。当主人跌倒时，跌倒检测系统将注册事件，系统会将吸尘器机器人送至跌倒事件发生的可能位置。通过语音通信，机器人即使在很难到达的地方也能与跌倒的人建立联系。如果跌倒的人没有严重受伤，就可以决定他/她是否可以自己爬起来，只需在设备上按下一个确认按钮，机器人就可以回归其充电湾或清洁活动中。在这种情况下，没有报警或通知将被发送在外面。很重要的一点是，系统首先会确定是否需要外部帮助然后再发送警报。如果跌倒者无法在没有帮助的情况下自己站起来，或是无法确认他/她的情况，系统将会联系人工助手。因此，人工助理可以决定是否需要紧急援助。如果外部助理的电话没有得到回应，这表明已经发生了一些紧急情况，紧急援助将会发送到该位置。
除了系统的功能需求，以下问题也是提高真空机器人功能的重要因素。
3.1 不唐突的
许多现有的老年人辅助技术的缺点是，他们通常需要某种类型的用户活动。使用者需要必须穿戴一些设备或者操作一些设备。当安全系统发出警报或传达类似的信息，它应该按照给定的合适的方式去解决，而不是增加场面的混乱。除非消息至关重要，用户应该能够忽略它。如果系统提供了视觉和声音指令，它不应该干扰用户的正常活动。
3.2可接受的
至关重要的是，使用的辅助技术过去总是只被专门要使用它的用户所接受。用于老年人的强制性的技术的缺点多余优点。许多因素都可能会影响产品的接受度和最终的设计结果，如各种生活和健康状况(独自生活、有孩子在附近)，这些过程中需要不同的技术去适应不同的人的生活或是性别(Mitzner et al .,2010;Kunenmund Tanschus,2012)。
技术验收程序不应该只以检验其技术问题和是否满足需求为目的；市场上的其他研究发现，消费社会学、人类学和心理学都必须广泛考虑。技术研究也应该体现情感和经历(Pantzar,1996)。这需要一个高度个性化的和可扩展的技术发展。
一般来说，当为一位老年人引入新技术的时候，老年用户会被其他人的期望和态度所影响(感知或实际)，如子女、孙子和其他亲戚、护理人员和其他护理人员甚至是整个社会的导向与发展(Karlsson,2013)。
3.3低花费的
为了进入大市场，辅助安全系统的成本是一个主要的问题。通过批量生产，产品的价格将会下降，但在许多其他技术领域，必须有实际的需求和足够低的价格吸引早期用户，这意味着机器人利用一个辅助系统的成本应该从一开始就很低。这个问题可以通过使用现有的技术和产品，将新功能集成到现有的产品上来解决。通过重新利用一些技术或产品成本也能够得到有效缩减。例如，我们可以假定目标家庭联网，大多数家庭都有电脑，甚至即使他们没有联网，也有智能化设备如路由器或接入点。
通过大量使用标准化和开放资源的软件平台，辅助解决方案的成本也会大大降低，开源软件和开放式平台的发展对于智能电子产品是一个很好的机会，让自己的产品不同于其他的生产制造商的产品，并且针对某些特定人群尤其是针对老年人用户的需求，去发展该产品的功能和用户接口。Android智能手机和平板电脑应用程序就是一个很好的例子，它为个性化提供了可能性，开发成本也很低。
3.4实用的服务
为了创建能够盈利的业务，研究人员必须对有用的辅助服务、高需求老年人和他们的参照群体进行头脑风暴。老年人会喜欢通过简单的方法让自己的生活质量得到显著提升，提高安全感，增加独立性。亲戚和健康护理人员也应该有平和的心态，未来远程医疗成为可能，这种发展将会避免制度化并且省钱。<!--
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