面向老年需求的养老服务机器人系统设计研究

阳帆 陈敏霞 孔维瑾 王菊颖

摘要：人口老龄化逐渐成为全球共同面临的一个社会问题，中国人口基数庞大，老龄化人口数量迅速增加，导致中国人口老龄化现象日益严重，产生了越来越多的空巢老人。该课题基于AI人工智能在中国社会中的广泛使用，针对高龄老人与残疾人的实时健康监测及医疗与看护进行设计与研发，以实现对高龄老人与残疾人的健康监测、人机情感交互的设计目的，并为解决中国的社会养老服务体系提出解决方案。

关键词：人工智能;老年人;养老服务;社会需求;情感交互

中图分类号：TP18      文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2019）01-0109-03

1 背景

2017年我国空巢老人达到1.69亿，占全国人口的12%，其中有近一半的老年人属于城乡空巢和类空巢家庭[1]。另外，通过相关资料的调查研究发现，老年人由于年龄增大其各项身体机能都在衰退，对于外界环境的改变适应能力降低、身体灵活性逐渐下降，在心理上变得更加敏感、易孤独，老年人自我照料能力下降，对他人照料的需求逐步增加，这种照料包括衣食住行各个方面，养老服务不足容易造成老年人晚年生活水平偏低，养老需求 成为老年人最常见的需求[2]。

完善社会养老服务体系是我国积极应对人口老龄化，保障和改善民生的必然要求，也是当前我国面对经济结构和劳动分配改革所进行的措施，因此，提高老年人的生活质量，日常生活中的心理陪护、生活辅助以及日常监护等逐渐成为老年生活的必然需求，为我国社会养老服务体系的完善提出最佳的解决方案成为当前所需解决的重要问题[3]。基于当前国内快速发展的人工智能机器人的相关技术，该次课题为解决老人的养老问题，对相关产品开发应用以及产品所具备的相关功能进行了设计研究与应用。

2 基于用户需求的智能机器人设计研究

2.1 产品构架理念分析

根据调研分析，目前市场上针对老年用户的养老服务产品主要以智能服务终端为主，其解决的问题主要集中在物理和生理层面，虽然对于老人的生活照料和康复护理起到了一定的作用，但唯独不能实现的是给予老年人以精神慰藉，简而言之就是现存的养老服务产品缺乏针对老年人心理层面服务的功能[4]。

基于老年需求的养老服务机器人服务设计研究以最终融入老人生活为目的，力求设计一款同时兼备物理、生理以及心理层面服务功能的智能养老服务机器人，该服务机器人的最大特点有：一是具备多种医疗救助和疗养功能的移动服务平台终端，可以全天候的跟随用户并且在日常生活中对用户进行检查，除了常规的检查外还加入了用户特殊需要的其他检测，并通过佩戴终端实时监控用户的心跳，脉搏等;二是在老人需要的时候进行应急救助和呼救，产品通过连接互联网，利用网络实时与医院、家属三方联结，并将用户的生理状态实时传送，使其在突发情况下可以第一时间呼救和联系家属，保障用户的生命安全;三是具备情感交互功能，产品所具备的情感计算系统能够分析用户的情感意图，做出情感反馈，主要体现在和用户聊天交谈、安慰用户心理状态、用户术后的疗养和心灵创伤后遗症治疗。

综合对老年智能服务产品的调查分析，该项目方案的外在物质载体为仿人形机器人，结合市场上已有的机器人的外观以及充分考虑用户的实际需求对外观进行设计，具备高亲和力、接受能力和强大功能实现是外观的设计要点。

2.2 智能情感交互设计

针对实现与用户的情感交互方面，既精神慰藉、生活照料以及陪伴聊天等相关功能，该智能养老服务机器人基于AI人工智能，对于长期有精神问题、孤独症、老年痴呆症的老人，可以做到最大范围内安慰以及平复老人的情绪，甚至做到如真人般的心灵交流和生活上的照料;另外针对类似的弱势群体，也可以实现心灵上的慰藉，并进行一定的心灵创伤后遗症治疗。

老年群体的监护人可以对机器人进行预先设置，其内容包括老人的性别、年龄、爱好和生活习惯等生活化数据，养老服务机器人基于AI人工智能的应用结合这些大数据，运用心理学加以综合分析生成其对老年人的补充性格，以更好地针对每一个老年人进行心理陪护。换个角度来说，智能养老机器人可以通过储存、记忆分析老年人身边较为亲近的人群，例如子女、外孙等，并且进行类似性格行为的模仿;这样的设置使用户在与产品接触时不会产生抵触情绪，同时使机器人在高度保护用户情感的基础上，与用户建立心理层面的安全距离。

除了对于产品自身的功能，该机器人设计还考虑了与用户身边人群的交流服务，把对老人身体健康的实时监测发送到子女和相关服务机构的终端上，通过机器人的平台让子女实时关注老人的生活状态，并且和老人实时视频通话，让在远方工作的子女能依旧在生活中陪伴老人。

2.3 外观设计

因充分考虑到老年用户的情况和生活环境，智能机器人在外观上的设计采用亲和力较高的卡通拟人造型，外形尽可能简约大方，除部分功能需要特殊的结构外观外，以简约风为主要的设计特点。其对应用户主要是以老人和患有心灵创伤后遗症的相关弱势群体，这类人群对产品使用的外观要求是要避免冲击性和强烈刺激感的外观造型，选用可爱的卡通拟人造型可以增进与老年用户的亲和力。

智能机器人的外观色彩采用饱和度较低的纯色，例如：粉红、粉绿、粉蓝、浅灰、白等颜色，以避免用户在视觉层面的刺激[5]。另外在材料的使用方面，选用高强度的塑料避免外观上有裸露的金属件和结构件以免造成二次傷害，参考医疗器械设计的标准执行，材料表面处理避免高反光和生硬的质地，避免用户在接触产品时肢体因表面过于光滑生硬而产生不适感。

2.4 智能养老服务机器人技术应用与实现

首先是交互设计，采用以用户为中心的设计方法，老年人作为最终的产品使用者，借助心理学、大数据等信息技术支持实现产品的情感交互功能，以满足老年群体需求作为设计对象的基本原则。

另外产品的感知系统是由语音传感器、视觉传感器、压力传感器、烟雾和有害气体传感器、光电传感器、运动传感器、接近传感器以及红外传感器共八大传感器共同构成的一个传感网络，主要的功能就是辅助健康监测和情感交互的正常运行[6]。在日常生活中主要用于对用户的面部识别、语音识别、触摸感知、和肢体运动识别，为情感计算提供数据分析，触摸感知、红外识别、气体检测则用于用户的健康监测。

其次老年服务机器人还具备智能决策，它控制包括了在自主移动，精确定位，识别抓取物体，人机交互，网络控制等过程中的智能化的决策。其主要是指在无人干预的情况下能自主地驱动机器人进行智能决策和实现控制目标的自动决策控制技术，它可以通过传感器采集的数据进行计算得出解决方案，将解决方案作为情感反馈、动作反馈使机器人进行运作并完成指令。

最后，机器人通讯技术的运用主要由两个部分组成：一是利用网络通讯技术，通过通信技术在老年服务机器人上的应用，可以实现传感数据、声音和图像等数据在网络上的传输，同时可以接受来自远程网络的命令和控制;二是基于GPRS 网络的家用安防机器人远程通信系统，提出了一种基于 Markov 的老年监护机器人的快速定位方法，并采用互联网络和 WEB 技术来进行远程监控[7]。

3 产品原型及场景模拟

3.1 陪护功能

陪护功能的特点在于根据用户的需要进行疗养方案的制定，通过仿人的特点实现功能并细化于日常生活中，产品除了开启运行时会进行情感设定外，其特殊的医疗救护功能还可以根据用户具体的病症和同步用户医疗数据制定陪护类型，比如高位截瘫的老人，机器人主要以照顾用户的饮食起居和进行康复治疗，其中包括抱病人上下床、按摩复健、喂食、喂药等本由护工进行的工作，并且在此期间上传用户的健康状态数据。

医疗卫生看护功能也是需要在产品体现的重要功能之一，它借助传感网络，可以监测用户的健康和卫生以及监测用户所在空间的卫生情况并进行处置。当机器人监测到用户所处的房间过于脏时将信息指令上传并由家庭中的扫地机器人处理，当用户离开房间后，机器人则会对用户房间进行消毒处理。

另外当用户由户外进入户内时，机器人会通过扫描对用户衣物进行检测并消毒，利用位于手臂的喷雾式消毒方式装置进行消毒，然后机器人进行自我消毒清洁，保证在陪护用户时自身的清洁卫生安全。

3.2 智能医疗服务设计

医疗服务部分的功能实现有三个部分：

一为外观上的实现，主要通过机器人的躯干部分进行，在仿生的手臂部分，机器人可以实现抱、握、揉、捏、拿等多种动作，对于需要进行康复保健的用户来说可以做到如真人一样的操作，并且在手臂上部分与用户肢体接触的位置采用了柔和的软胶设计;机器人的躯干用作的幅度为仿人状态，通过传感器捕捉用户肢体运动数据来调节快慢和节奏，这一部分功能主要针对了患有行动不便的疾病的用户群体，主要以进行康复治疗和陪护为主。

二为模块治疗组件的设计。针对不同用户的身体状态配置相关的医疗器械，包括：药瓶、皮下注射器、起搏器、血糖检测仪、呼吸机、雾化器等配件。在预先设定时可以根据用户的疾病属性去配置相关的配件，放置在臂部和胸部的舱室里面。方便在生活中能跟进治疗，防止用户在户外或者远离药品等急救装置时病发而错过救助时间。

三为网络模块。即机器人、医院和家属在网络上进行三方联接。机器人在配置上利用大数据生成一个独立账号，并且具备跟踪定位、数据同步、实时共享、网络报警以及资讯更新的功能。

3.3 突发情况处置

突发情况处置是基于用户人身健康安全考虑，即当用户突发疾病时或者意外受伤时能进行应急处理。根据用户的医疗记录和病理特征，对应机器人还在位于臂部和胸部的储存舱室内放置急救药品和装置比如呼吸机。当用户遭遇突发情况时，机器人进入应急处理状态，并第一时间呼救（通知120急救中心）同时同步用户信息和事发位置，并将此次突发情况备案储存数据，在医疗救助到达之前，机器人将进行应急的治疗并等待医疗救助到达。例如用户在公园突发心脏病时，机器人会呼叫急救中心并利用皮下注射器注射药物缓解用户的疼痛;如果产生晕厥或休克，利用胸口储存仓室内的起搏器进行救治;医生到达后立刻进入待机状态，并将起搏器交给急救人员，面部和胸部的显示屏则切换显示为心率显示。待完成救助后，机器人上传突发情况数据，并由急救人员更换或补充储存舱室内的急救药品和器械，最后应急处理状态结束。

4 结束语

现如今的中国是一个正在步入老龄化的国家，老人的赡养和照顾问题是目前社会一直在关注的问题，该项目立足民生热点，以准确把握老年需求、提升其生活质量为初衷，针对高龄老人与残疾人的实时健康监测及医疗与看护，运用情感交互、人性化等专业知识并结合现有技术，开展养老服务机器人服务设计研究。该课题旨在通过对高龄老人与残疾人的实时健康监测及医疗看护，运用养老服务系统设计，结合医院，用户和社区的三方互联，同时实行线上与线下并行的实时健康监测措施，以解决高龄老人与残疾人在使用智能医疗设备上的隐患问题，避免医疗盲区，达到解决老年人以及残疾人养老服务问题的设计目的，在符合时代发展需求的前提下，社會意义以及实践应用价值较大。

参考文献：

[1] 曹雨泓， 李亚军. 针对空巢老人的产品情感化设计研究[J].设计，2015（20）： 134-135.

[2] 边恕， 黎蔺娴， 孙雅娜. 社会养老服务供需失衡问题分析与政策改进[J].社会保障研究， 2016（3）： 23-31.

[3] 竹军， 窦芙萍. 关于社会养老服务标准化工作的若干思考[J].中国标准导报， 2016（1）：62-64.

[4] 丛春霞， 彭歆茹. 城市居民居家养老服务供需问题研究[J].东北财经大学学报， 2017（1）：49-56.

[5] 张迎. 大型设备外观造型设计与研究[D].天津： 天津工业大学， 2014.

[6] 曹洋宇. 传感器技术的发展和市场价值[J].消费导刊，2012（4）.

[7] 罗坚. 老年服务机器人发展现状与关键技术[J].电子测试，2016（6）：133-134.

[8] 柯显信， 尚宇峰， 卢孔笔. 仿人情感交互表情机器人研究现状及关键技术[J].智能系统学报，2013， 8（6）： 482-488.

[9] 孙辛欣， 靳文奎. 移动应用中的情感交互设计研究[J].包装工程，2014，35（14）：51-54.

[10] 睢党臣， 彭庆超. “互联网+居家养老”：智慧居家养老服务模式[J].新疆师范大学学报：哲学社会科学版， 2016， 37（5）： 128-135.