Szervizrobotok alkalmazása neurológiai károsodás következtében fogyatékossá vált személyeknél

Átírás

1 valamint a környezeti szinten megvalósuló beavatkozásokat. 11 Mindhárom területen egyre növekvő szerep jut a fejlett technológián alapuló eljárásoknak, amefejlett technológia a rehabilitációban Szervizrobotok alkalmazása neurológiai károsodás következtében fogyatékossá vált személyeknél Fazekas Gábor, 1,2 Tóth András, 3 Pilissy Tamás, 1,4 Zsiga Katalin, 1 Stefanik Györgyi, 1 Trócsányi Márta 2 Országos Orvosi Rehabilitációs Intézet, 1 Fővárosi Önkormányzat Szent János Kórháza és Észak-budai Egyesített Kórházai, 2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 3 Pázmány Péter Katolikus Egyetem 4 Háttér: A fogyatékosság csökkentésének egyik útja a környezet megfelelő átalakítása. A robotok egy csoportjának alkalmazása ígéretes lehetőséget jelent ezen a téren. Különösen hasznosak lehetnek a gyakran többszörös fogyatékossághoz vezető neurológiai megbetegedések esetén. Célkitűzés: A fogyatékos személyeket támogató robotok erősségeinek és gyengeségeinek értékelése. Módszer: Irodalmi áttekintés. Eredmények: A fogyatékos személyeket támogató robotok a mindennapi élet számos területén képesek segítséget nyújtani. Legtöbbjük azonban csak egyfajta funkció elvégzésére alkalmas, a robot és az ember közötti közvetlen fizikai kapcsolat korlátozott, a robotok csekély mértékben képesek az akaratlagos emberi mozgások követésére, kontrollálására. Ár-érték arányuk ma még kedvezőtlen. Konklúzió: Robotok alkalmazása fogyatékos személyek támogatására ma még úttörő terület. Ezek az eszközök hasznos segítséget tudnak nyújtani az önállóság helyreállításában, a társadalmi reintegráció megkönnyítésében. Ha meglévő hiányosságaikon sikerül javítani, a mindennapok segédeszközeivé válhatnak. Kulcsszavak: otthoni robotok, környezet, fogyatékosság Application of service robots in people with disabilities due to neurological impairments Background: A possible strategy to decrease disability is modifying the environment. Application of assistive robots is a promising opportunity on this field. They can be especially useful in case of neurological disorders, because these diseases often lead to multiple disabilities. Objective: Evaluation of the existing assistive robots regarding their strength and weakness. Methods: Literature overview. Results: Assistive robots can provide support in a wide range of the activities of daily living, although at present a single robot is able to perform only one function, the direct human-robot physical interaction is limited, capacity of the existing robots to control and react to the voluntary human motions is relatively small. Their cost-benefit ratio is still poor. Conclusion: Application of assistive robots is a pioneering field even nowadays. They can effectively support the restoration of the autonomy and facilitation of social reintegration of people with disabilities. Their limitations must be overcome so that they could be technical aids in everyday life. Key words: domestic robots, environment, disability Levelezési cím: Dr. Fazekas Gábor, OORI, 1528 Budapest, Szanatórium utca fazekas123@t-online.hu A fogyatékosság csökkentésére irányuló tevékenységek három csoportját különböztetik meg: a testi (szomatikus és pszichés), a funkcionális, Fazekas Gábor: Szervizrobotok alkalmazása neurológiai károsodás következtében fogyatékossá vált személyeknél 41

2 lyek között robotok által végzett feladatok is vannak. A robotok ilyen célú alkalmazásai ma még elsősorban a kutatás-fejlesztés tárgykörébe tartoznak, de egyes képviselőik már kereskedelmi forgalomba kerültek. A rehabilitációban robotokat a motoros károsodás és a funkcionális képességek felmérésére, tornáztatás-funkciófejlesztés céljára, valamint az önellátási tevékenységek támogatására használnak. A tornáztatórobotok nagy része alkalmas állapotfelmérésre is, így erre a feladatra nem szükséges speciális robotok fejlesztése. A gyógytornáztatást, illetve funkciófejlesztést végző robotokról a hazai szakirodalomban már több publikáció megjelent. 2,3,19 Ezen közlemény célja a napi élettevékenységeket támogató robotok áttekintése. A rehabilitációban robotok felhasználása elsősorban a többszörös fogyatékosságot okozó, összetettebb, leggyakrabban neurológiai eredetű károsodásban szenvedők esetében jön szóba. A robotok A robotok rugalmasan újraprogramozható, komplex mozgással és/vagy tárgymanipulációval járó feladatot részben vagy teljesen önműködően végrehajtó, szenzoralapú mechatronikai eszközök. A hagyományos automata gépektől eltérően, nem csak előre meghatározott feladatsorok végrehajtására képesek, hanem a felhasználó szükség szerint tudja programjukat változtatni, tevékenységüket meghatározni. A programozás felhasználóbarát módon történik. A robotok feladatuk végrehajtásakor érzékelik környezetük változásait, és módosítják működésüket. A mesterséges intelligenciával rendelkező típusok képesek a tanulásra, azaz alkalmasak olyan döntések meghozatalára is, amelyeket eredeti programjuk nem tartalmaz. Az International Federation of Robotics (IFR) a robotokat ipari és szervizrobotokra osztja ben világszerte egymillió ipari, valamint öt és félmillió szervizrobot működött. 20 Az IFR meghatározása szerint a szervizrobotok olyan részlegesen vagy teljesen önállóan működő eszközök, amelyek emberek vagy gépek számára nyújtanak szolgáltatásokat, ide nem értve az ipari célú felhasználást. Három alcsoportjuk a személyi használatú (pl. egyedül élő időseket otthonukban segítő), az eszközöket kiszolgáló (pl. repülőgép külső tisztítása, tankolás) és az önálló feladatokat végrehajtó (pl. fűnyírás, takarítás) robotok. 9 A szervizrobotok felhasználási terület szempontjából is csoportosíthatók, eszerint a három legjelentősebb alcsoportjuk: 1. a háztartási feladatokat végrehajtó (pl. porszívózás, felmosás, fűnyírás, esőcsatorna-, ill. medencetisztítás stb.), 2. az egészségügyi használatú (pl. egyedül élő időseket otthonukban segítő, gyógytornáztató, sebészeti), 3. a szolgáltatási robotok (pl. őrzés, katasztrófavédelem, irodai munkák, közmű-szolgáltatás, idegenforgalom, vendéglátás, játékipar, filmipar, szórakoztatás). A háztartási feladatokat ellátó robotokból a nagyon sikeres Roomba porszívózó robotnak 4,10 köszönhetően világszerte eddig mintegy három és félmilliót adtak el, míg az egészségügyi használatúakból mindössze ötvenezer darabot. A piacfelmérések szerint a szervizrobotok forgalma a mai 13 milliárd dollárról 2025-re 60 milliárd dollárra bővül. Az idős emberek napi életvitelét segítő, személyi támogatást nyújtó robotok a következő jellemző feladatok ellátására képesek: felügyelet; rosszullét, elesés esetén riasztás; napi élettevékenységek segítése, elsősorban az étkezés területén; tárgyak mozgatása: könyv, pohár áthelyezése; kilincs lenyomása; földre esett tárgyak felvétele; helyváltoztatás segítése; kommunikáció támogatása: tárcsázás, telefon felvétele; memóriafunkciók: figyelmeztetés gyógyszerbevételi időpontokra, napi teendőkre; a háztartás elektromos készülékeinek ki-bekapcsolása, működtetése; egyes háztartási munkák elvégzése; szabadidős tevékenységek, szórakoztatás. Ezen funkciók egy része egészségesek számára is hasznos, ennek köszönhető a piaci siker. A kifejezetten fogyatékossággal élők támogatására tervezett robotokból még csak pár tízezret adtak el. Érdemes megvizsgálni ezek fő jellemzőit, és annak okait, ami miatt még nem vált mindennapossá használatuk, még nem történt meg az üzleti áttörés. A fogyatékos személyeket támogató robotok Egyik legrégebben megjelent csoportjuk az étkezést támogatja. Ezek első, kereskedelmi forgalomba is került képviselője a Nagy-Britanniában fejlesztett Handy-robot. 17 Használata lehetővé teszi, hogy a tetraparetikus személy önállóan fogyassza el a megfelelően előkészített ételt. A beteg a robot asztalkája előtt ül. Az asztalka rekeszeiben kell elhelyezni az ennivalót. A rekeszekhez tartozó kis lámpák egymás után villannak fel. A betegnek arra kell alkalmasnak lennie, hogy valamilyen módon (akár az állával, könyökével stb.) működésbe hozzon egy kapcsolót, ha abból a rekeszből szeretne enni, amelynek lámpája éppen felvillant. Ekkor a robotkar egy kanálnyi-villányi ételt 42

3 1. ábra. A japán MySpoon robot az étkezést segíti 2. ábra. A holland ARM robot hagyományos és speciális kerekesszékre is felszerelhető a beteg szájához emel. Hasonló módon lehet inni, de terveztek a robothoz kozmetikai, illetve borotválkozást segítő készletet is. A japán My Spoon 15 robot hasonló, de egy közönséges asztalon elhelyezhető (1. ábra). Az Arlyn Feeder Robot 7 más koncepció alapján született: ez a beteg részlegesen paretikus felső végtagját segíti a mozgásban. A fogyatékossággal élő személyeket segítő robotok önálló csoportját alkotják a kerekesszékre szerelhető robotkarok. Ezeket egy joystickkel irányítja a beteg. Felhasználásuk sokrétű: lehet velük üvegből egy pohárba italt tölteni, földre esett tárgyakat felvenni, CD-t betenni a lejátszóba, polcról könyvet levenni stb. Ezen robotok kereskedelmi forgalomba került képviselője az ARM, 6 amelyet Hollandiában gyártanak (2. ábra). Koreában készítettek ágyra szerelt robotot is, fekvőbetegek ellátásának támogatására. Hasonló karral rendelkezik, de önálló guruló állványra épített eszköz a SAM Helper Robot, 13 amelyet a fogyatékos személy szintén joystickkel kezel. A robot így önállóan mozog a segítségre szoruló ember környezetében, ki tudja kerülni az akadályokat, képes végrehajtani kisebb tárgyak mozgatásával járó feladatokat. A járás támogatására is fejlesztettek robotokat: ezek feladata elsősorban az egyensúlyi helyzet megtartása. Hiányosságuk, hogy egyelőre nehezen tudják követni a beteg testhelyzet-változtatásait, akaratlagos mozgásait. Az Acroboter-projekt 16 hazai részvétellel (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem) folyó, az Európai Unió által finanszírozott kutatás. Alapgondolata, hogy egy épületben a legnagyobb szabad felület, ahol a robotok mozoghatnak, a mennyezet. Ez a rendszer ezért egy mennyezetre szerelt rácsozaton mozgó, felfüggesztett robotot foglal magában, amely elsősorban tárgyak mozgatására alkalmas. Közvetlen fizikai kapcsolatban nincs a beteggel (3. ábra). Az Európai Unió Ambient Assistive Living (AAL) programjának projektje a Domeo, amely az Országos Orvosi Rehabilitációs Intézet orvos-mérnöki rehabilitációs kutatási programja közreműködésével folyik 1 (4. ábra). Célja idős, enyhe emlékezetzavarban valamint a helyváltoztatás nehezítettségében szenvedő betegek támogatása, ezáltal annak segítése, hogy minél hosszabb ideig lehessenek még saját otthonukban. A Domeo projekt célul tűzte ki azt is, hogy olyan integrált rendszert hozzon létre, amely több, robot által végzett funkciót foglal magában. (Ma még az a jellemző, hogy egy robot általában egy funkcióra képes.) A folyamatban lévő fejlesztés során egy olyan rendszer kerül kialakításra, amely három egységből áll. Ezek egyike egy elsősorban kognitív támogatást nyújtó robot a következő területeken: betegfelügyelet, napirend követése, a beteg emlékeztetése a szükséges teendőkre (például gyógyszerbevételre), beszédfelismerés révén szóbeli kommunikáció a beteggel, üzenetek küldése orvosnak, családtagoknak. A robot képes a fogyatékos személy környezetében önállóan közlekedni, tárgyakat kikerülni, az akkumulátor feltölté- 3. ábra. Hazai részvétellel áll fejlesztés alatt az Acroboter, a mennyezetre függesztett robot Fazekas Gábor: Szervizrobotok alkalmazása neurológiai károsodás következtében fogyatékossá vált személyeknél 43

4 4. ábra. Szintén hazai közreműködéssel folyik a Domeo rendszer fejlesztése séhez a konnektorhoz csatlakozni. A másik egység fizikai segítséget tud adni felálláskor és járás közben. A harmadik pedig a rendszert irányító számítógép. A robotok önállóan is használhatók lesznek, ha a fogyatékos személynek csak kognitív vagy csak fizikai segítségre van szüksége. A robotfejlesztések során felmerül a kérdés, hogy humanoid típusú legyen-e egy robot vagy sem? Úgy tűnik, a válasz kultúrafüggő. 18 Japánban széles körben elfogadottak, sőt személyiséggel felruházottak a humanoidok (Honda Asimo, 14 Nao, 8 5. ábra), míg mások véleménye szerint a robotnak első pillantásra is feltűnően különböznie kell az embertől (Care-O-Bot 5 ). A Toyota Partner Robot esetében úgy oldották meg ezt a dilemmát, hogy két kivitelben készítik: a humanoid változat közlekedőképessége jobb (hiszen két lábon jár ), a hagyományosabb típus esetén ahol szélesebbek a kerekek a teherbírás nagyobb. 12 Ez a robot kereskedelmi bevezetésre készen áll, de magas ára miatt Japánban sem tartják valószínűnek köznapi használatát. Összefoglalóan megállapíthatjuk, hogy a jelenleg létező, fogyatékosok támogatására fejlesztett robotok főbb jellemzői a következők: Lehetséges felhasználási területük igen széleskörű: egyes önellátási funkciók támogatásától 5. ábra. A Nao robot a humanoidok egyik képviselője kisebb tárgyak mozgatásán és a helyváltoztatás segítésén át a kognitív feladatokban való részvételig terjed. Egy robot általában egy funkcióra képes. Korlátozott az ember és robot közötti közvetlen fizikai kapcsolat. A robotok csak részlegesen képesek az ember akaratlagos mozgása során a testhelyzetváltozás, a stabilitás kontrollálására. A robottal való kommunikáció részben egyszerű eszközökkel (joystick, nyomógombok), részben verbális módon történik. Az ár-érték arány jelenleg még kedvezőtlen. A személyi támogatást nyújtó robotok mint új technikai segédeszközök ígéretes lehetőséget jelentenek a fogyatékossággal élők számára önállóságuk javítása, társadalmi reintegrációjuk elősegítése terén. Azonban több szempontból is szükséges a jelenleg létező ilyen típusú robotok továbbfejlesztése ahhoz, hogy ezek a lehetőségek a gyakorlatban kiaknázhatók legyenek. Ez így volt más technikai újdonságok esetében is: a laptop vagy a mobiltelefon a kilencvenes évek elején luxuscikkeknek számítottak, ma pedig a hétköznapok elmaradhatatlan tárgyai. Amint sikerül javítani a személyi támogatást nyújtó ( asszisztív ) robotok hiányosságain, és ennek révén ár-érték arányukon is, a mindennapok segédeszközeivé válhatnak. 44

5 Köszönetnyilvánítás Ez a munka a Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal, valamint az Európai Unió Ambient Assistive Living Joint Programme támogatásával készült (ALL-DOMEO 159). IRODALOM 1. Fazekas G, Dupourque V, Salle D, Canou J, et al.: Service Robots as Helpers of Reintegration. In: Proceedings of the 10 th Congress of EFRR, Riga, Sept Int J Rehabil Res 2009; 32(Suppl1): Fazekas G, Fehér M, Arz G, et al.: Felső végtagi bénultak segédeszközeinek új generációja: robotok a mozgásszervi rehabilitációban. Rehabilitáció 2002; 12(3): Fazekas G, Fehér M, Stefanik Gy, et al.: Robotok alkalmazása féloldali bénultak felső végtagi gyógytornásztatásában. Orv Hetil 2004; 145(25): Forlizzi J, DiSalvo C: Service robots in the domestic environment: a study of the Roomba vacuum in the home. Proceedings of the 1 st ACM SIGCHI/SIGART conference on Human-robot interaction. Salt Lake City, Utah, USA, 2006; Graf B, Hans M, Schraft RD: Mobile robot assistants, IEEE Robotics & Automation Magazine 2004; 11(2): International Federation of Robotics Kurt TE: Hacking Roomba. ExtremeTech. Wiley Publishing Inc. Indianapolis, IN, USA, Lorentsen Ø: Modern Rehabilitation Principles Definitions and Goals. In: Fundamentals in Assistive Technology. TELEMATE project of the European Union. fernuni-hagen.de/ftb/telemate/demo-crs/fund/fw htm. 12. Ogino M: Next-Generation Robotics: Ushering in the Future. Proceedings of the 9 th International IFAC Symposium on Robot Control. Nagaragawa Convention Center, Gifu, Japan, September 9-12, Robotics and Home Automation, Robots Here to help. CEA News n 5, July Sakagami Y, Watanabe R, Aoyama C, et al.: The intelligent ASIMO: system overview and integration. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems 2002; 3: Soyama R, Ishii S, Fukase A: The developement of meal-assistance robot MySpoon. In: Proceedings of the 8 th International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR 2003). KAIST, Daejeon, Korea, 2003; Stepan G, Toth A, Kovacs L et al.: ACROBOTER: a ceiling based crawling, hoisting and swinging service robot platform, People and Computers XXIII Celebrating People and Technology, Proceedings of HCI 2009, Workshop: Beyond Gray Droids: Domestic Robot Design for the 21 st Century, Churchill College Cambridge, UK. 1-5 September 2009, drd09-toth.pdf. 17. Topping M: Handy 1, A Robotic Aid to Independence for Severely Disabled People. In: Mokhtari M (ed.): Integration of Assistive Technology in the Information Age. IOS Press, Amsterdam, 2001; Torrey C, Fussell SR, Kiesler S: Trying to be helpful: Social challenges for smart robots. In: Workshop-Proceedings of ACM/IEEE Human-Robot Interaction Conference (HRI2008), Amsterdam, 2008; Tóth A, Fazekas G, Arz G, et al.: Robotok a gyógytornásztatásban. In: Kocsis L, Kiss R, Illyés Á (szerk): Mozgásszervek biomechanikája. TERC, Budapest, 2007; World Robotics International Federation of Robotics. Frankfurt, Germany, Fazekas Gábor: Szervizrobotok alkalmazása neurológiai károsodás következtében fogyatékossá vált személyeknél 45