是机器人逼我这么做的
机器人如何改变残疾儿童的生活
行为疗法研究小组对此感到惊讶。他们一直在试图说服一个不愿分享的孩子。这个孩子的参照系里根本没有轮换的概念。然后，一个微型人形机器人加入其中。几乎立刻，孩子就开始和它互动，说:“轮到你了，轮到你了。”
机器人专家艾安娜·霍华德博士回忆起这一时刻时，声音变得柔和起来:“一位正在观察的临床医生转向我，她的眼睛就像在说，‘哦，我的天哪!你看到了吗?“这些故事会让你说，‘是的，我将继续做下去。我将继续这样做。’”
霍华德博士，主席交互计算学院乔治亚理工学院的研究员，正在继续寻找使用机器人来帮助有行为或运动障碍的儿童的方法。
Ayanna Howard博士和研究生Jin Xu正在搭建NAO机器人。
“你的目标人群通常得不到足够的服务，因此你所做的事情真的会产生影响。它不像下一个500亿人会使用的大设备，但如果他们没有它，它就不会改变他们的生活。有了它，可能只有1000个孩子会使用它，但它极大地改变了他们的生活。”
阿安娜·霍华德博士，乔治亚理工学院。
霍华德博士对机器人的迷恋可以追溯到她自己的童年时代，这让她进入了一个名为“人/机器人互动”的领域，在这个领域，机器人是人类生活中不可或缺的一部分。“人类和机器人一起生活在这个世界，”她说。“这是贯穿我所有研究的线索。”
在她职业生涯的早期，霍华德博士在美国宇航局工作时，对建造可以模仿科学家思维模式的智能太空探测车很感兴趣。随着她的研究发展到医疗机器人领域，她现在专注于将信任和透明度等概念融入算法的方法。对于霍华德博士来说，这是设计她所说的“服务型机器人”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。
霍华德博士的研究利用软银机器人公司的NAO机器人，让孩子们在物理治疗过程中保持专注。
研究生Jin Xu在乔治亚理工学院的实验室里安装NAO机器人。
“父母明白这一点的重要性，但他们通常没有时间和知识来监督这一点。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，乔治亚州立大学
霍华德博士对此表示赞同。“孩子们已经习惯了科技。他们喜欢它，这对他们来说很直观，所以机器人适合这类技术。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，就像‘这是什么?我该拿这个做什么?’这就像是‘哦，这是一个机器人，我对它很满意，我知道如何使用它并与它互动。’”
除了机器人之外，目前正在测试的系统还包括一个在电视屏幕上播放的虚拟现实游戏，该游戏鼓励孩子做手臂运动，从而戳破泡泡。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，提供关于动作是否正确执行的反馈。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3D表现形式对孩子来说比2D化身更有意义。
教机器人的机器学习
机器人辅助治疗的一个关键方面是机器人需要激励孩子继续练习。要做到这一点，机器人必须学习治疗师如何在治疗过程中激励和指导孩子。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，他们的身体动作是如何对应不同的任务的?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。
该数据集用于教机器人与儿童互动的适当行为。机器学习用于视觉数据集，以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做出反应，并被编程为所需的反应，以激励孩子再次尝试。
该团队目前正致力于训练NAO在实时游戏中的情绪识别能力。这将使它能够实时分析面部动作，以确定孩子是否感到无聊、疲倦或分心，并相应地调整游戏。这将心理学的理解和更深层次的机器学习结合在一起。
硬件是硬的
“硬件很难。在部署到硬件平台机器人之前，我们使用软件模拟来测试算法。根据算法和开发阶段的不同，仿真是通过MATLAB、Gazebo和NAO接口的组合完成的。”
阿安娜·霍华德博士，乔治亚理工学院。
仿真用于回答以下问题: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，融合了重力、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，因为它在硬件方面花费了大量的时间和开发，而且你可能会破坏一些东西，所以你不想犯太多错误。”
阿安娜·霍华德博士，乔治亚理工学院。
计算机视觉被用来分析孩子的运动。
“我们可以查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完成，所以没有恐惧。如果不管用，也没关系。我们只需改变一个参数，然后在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，它能让我们把事情做得更好、更快，因为我们不一定能在合理的价格点上制造出第一次就能正常工作的机器人。”
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，当治疗师在场时，机器人被用于家庭环境。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，每个人的互动方式不同，反应也略有不同。它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时，它就能根据我们当时正在治疗的孩子的能力而改变?你如何创建我们的系统，让它可以被任何父母或临床医生使用，当我们谈论一个有特殊需求的孩子时，在界面方面，让它足够简单和低成本，在家里使用?”
以陈博士为例，他毫不怀疑这些挑战是可以解决的。“无论我提出什么要求，霍华德博士都能实现，”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。无论我需要什么，我都告诉她，她会帮我实现的。这是最令人兴奋的部分。这就是我的梦想实现了。”
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