Чтобы помочь решить проблему ухода за пожилыми людьми, команда инженеров Массачусетского технологического института обращается к робототехнике. Они создали и протестировали робота для оказания физической помощи пожилым людям, или E-BAR, мобильного робота, предназначенного для физической поддержки пожилых людей и предотвращения их падений при передвижении по своим домам.

E-BAR действует как набор роботизированных рулей, которые следуют за человеком сзади. Пользователь может ходить самостоятельно или опираться на руки робота для поддержки. Робот может поддерживать полный вес человека, поднимая его из положения сидя в положение стоя и наоборот по естественной траектории. А руки робота могут помочь им, быстро надувая боковые подушки безопасности, если они начнут падать.

С помощью их конструкции исследователи надеются предотвратить падения, которые сегодня являются основной причиной травм у взрослых в возрасте 65 лет и старше.

"Многие пожилые люди недооценивают риск падения и отказываются пользоваться физическими средствами, которые являются громоздкими, в то время как другие переоценивают риск и могут не заниматься физическими упражнениями, что приводит к снижению подвижности", - говорит Гарри Асада, профессор инженерного дела Ford в Массачусетском технологическом институте. "Наша концепция дизайна заключается в том, чтобы снабдить пожилых людей, страдающих нарушением равновесия, роботизированными рулями для стабилизации их тела. Руль перемещается куда угодно и обеспечивает поддержку в любое время, когда это необходимо."

В своей текущей версии робот управляется с помощью пульта дистанционного управления. В будущих итерациях команда планирует автоматизировать большую часть функциональности бота, что позволит ему автономно следить за пользователем и физически помогать ему. Исследователи также работают над оптимизацией устройства, чтобы сделать его более тонким и маневренным в небольших помещениях.

"Я думаю, что уход за пожилыми людьми - это следующая большая задача", - говорит дизайнер электронных баров Роберто Болли, аспирант факультета машиностроения Массачусетского технологического института. "Все демографические тенденции указывают на нехватку лиц, осуществляющих уход, избыток пожилых людей и сильное желание пожилых людей стареть на месте. Мы рассматриваем это как неизведанный рубеж в Америке, но также и как по сути интересную задачу для робототехники".

Болли и Асада представят доклад с подробным описанием дизайна E-BAR на конференции IEEE по робототехнике и автоматизации (ICRA) в конце этого месяца.

Поддержка на дому

Группа Асады в Массачусетском технологическом институте разрабатывает различные технологии и роботов-помощников для оказания помощи пожилым людям. В последние годы другие компании разработали алгоритмы прогнозирования падений, сконструировали роботов и автоматизированные устройства, включая роботизированные ходунки, носимые самонадувающиеся подушки безопасности и роботизированные каркасы, которые закрепляют человека ремнями безопасности и перемещаются вместе с ним во время ходьбы.

Разрабатывая E-BAR, Асада и Болли стремились создать робота, который, по сути, выполняет три задачи: обеспечивает физическую поддержку, предотвращает падения и безопасно и ненавязчиво перемещается вместе с человеком. Более того, они стремились отказаться от любых ремней безопасности, чтобы предоставить пользователю больше независимости и мобильности.

"Пожилые люди в подавляющем большинстве не любят носить ремни безопасности или вспомогательные устройства", - говорит Болли. "Идея, лежащая в основе конструкции E-BAR, заключается в том, что она обеспечивает поддержку веса тела, активную помощь при походке и удержание при падении, при этом спереди она полностью свободна. Ты можешь просто уйти в любое время."

Команда стремилась разработать робота специально для старения на дому или оказания помощи в учреждениях по уходу. Основываясь на своих интервью с пожилыми людьми и лицами, осуществляющими уход за ними, они выдвинули несколько требований к дизайну, в том числе к тому, что робот должен проходить через двери дома, позволять пользователю делать полный шаг и поддерживать весь его вес, чтобы помочь с балансом, осанкой и переходами из положения сидя в положение стоя.

Робот состоит из тяжелого 220-фунтового основания, размеры и конструкция которого были оптимизированы таким образом, чтобы выдерживать вес среднестатистического человека без опрокидывания или скольжения. Под основанием находится набор всенаправленных колес, которые позволяют роботу при необходимости перемещаться в любом направлении без поворота. (Представьте, что колеса автомобиля сдвигаются, чтобы заехать в пространство между двумя другими автомобилями, без параллельной парковки.)

Из основания робота выступает шарнирный корпус, состоящий из 18 соединенных между собой стержней, или рычагов, которые могут перестраиваться подобно складному крану для подъема человека из сидячего положения в стоячее и наоборот. От робота в форме буквы U отходят две руки с рулями, между которыми человек может встать и опереться, если ему нужна дополнительная поддержка. Наконец, в каждую руку робота встроены подушки безопасности, изготовленные из мягкого, но цепкого материала, которые могут мгновенно надуваться, чтобы подхватить человека в случае падения, не вызывая ушибов при ударе. Исследователи полагают, что E-BAR - это первый робот, способный поймать падающего человека без носимых устройств или использования ремня безопасности.

Они протестировали робота в лаборатории с пожилым человеком, который вызвался использовать робота в различных бытовых ситуациях. Команда обнаружила, что E-BAR может активно поддерживать человека, когда он наклоняется, чтобы поднять что-то с земли, и вытягивается, чтобы достать предмет с полки - задачи, которые может быть непросто выполнять, сохраняя равновесие. Робот также смог поднять человека вверх и перекинуть через край ванны, имитируя задачу по выходу из ванны.

Болли предполагает, что дизайн, подобный E-BAR, был бы идеальным для использования дома пожилыми людьми, которые все еще обладают умеренной мышечной силой, но нуждаются в вспомогательных устройствах для повседневной жизни.

"Видеть технологию, используемую в реальных сценариях, действительно захватывающе", - говорит Болли.

В своей текущей работе исследователи не включили никаких возможностей прогнозирования падения в систему подушек безопасности E-BAR. Но другой проект в лаборатории Asada, возглавляемый аспиранткой Эмили Каменски, был сосредоточен на разработке алгоритмов с использованием машинного обучения для управления новым роботом в ответ на уровень риска падения пользователя в режиме реального времени.

Наряду с E-BAR Асада рассматривает различные технологии в своей лаборатории как обеспечивающие различные уровни помощи людям на определенных этапах жизни или мобильности.

"Условия ухода за пожилыми людьми могут меняться каждые несколько недель или месяцев", - говорит Асада. "Мы хотели бы обеспечить непрерывную и бесперебойную поддержку, поскольку инвалидность или мобильность человека меняются с возрастом".

Эта работа была частично поддержана Национальной инициативой по робототехнике и Национальным научным фондом.