Человекоподобный робот помогает в обучении детей с аутизмом.

Эйден и робот NAO

Эйден – мальчик в возрасте трех с половиной лет, которому был установлен диагноз расстройство аутистического спектра (РАС). Робот NAO является уменьшенным образцом сложной системы камер, датчиков и компьютеров, разработанным специально, чтобы помогать таким детям, как Эйден, учиться согласовывать свое внимание с другими людьми и объектами в окружающей среде. Данный навык называют «совместным вниманием», и он является одним из основных социальных навыков у детей. Обычно развивающиеся дети приобретают этот навык естественным путем. Однако дети с аутизмом часто испытывают трудности в освоении данного навыка, что может привести в последствии к возникновению различных проблем в обучении по мере взросления.



Междисциплинарная команда инженеров-механиков и экспертов в области аутизма в Университете Вандербильта разработала систему и использовала ее, чтобы продемонстрировать, что роботизированные системы могут быть мощным инструментом для повышения базовых социальных навыков и обучения детей с расстройствами аутистического спектра. В своей статье в мартовском выпуске IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering исследователи сообщают, что дети с расстройствами аутистического спектра больше внимания уделяли роботу и следовали его указаниям почти так же хорошо, как они следовали инструкциям своего терапевта во время выполнения стандартных упражнений на развитие навыков совместного внимания.

Это открытие показывает, что роботы могли бы играть важную роль в ситуации чрезвычайного положения в области общественного здравоохранения, которая возникла в результате быстрого роста числа детей с диагнозом РАС. В США на сегодня один из 88 детей (в том числе один из 54 мальчиков) имеет диагноз РАС. Это означает, что за 4 года рост распространенности заболевания составил 78%. Такая тенденция имеет серьезные последствия для бюджета системы здравоохранения страны, поскольку по оценкам специалистов затраты на жизнеобеспечение аутичного человека в 6 раз выше, чем у людей без аутизма.

«Это первое в мире реальное испытание того, может ли интеллектуальная адаптивная система коснуться области аутизма», сказал член команды Захари Уоррен, который руководит институтом терапии и научных исследований расстройств аутистического спектра в Кеннеди-центре Вандербильта.

Первоначальный импульс для создания данного проекта исходил от профессора инженерной механики и вычислительной техники Ниланьян Саркар. Его оригинальное исследование включало разработку систем для улучшения интерфейса взаимодействия человека с машиной. Он оснастил пользователей компьютера / робота биосенсорами и анализировал изменения в различных показателях, таких как кровяное давление и реакция кожи, чтобы оценить их эмоциональное состояние. Эта информация была использована для того, чтобы запрограммировать компьютеры и роботы на соответствующую реакцию.

Шесть лет назад, когда Саркар посетил своего двоюродного брата в Индии, он узнал, что сын его двоюродного брата был диагностирован расстройством аутистического спектра. В то время, был проведен ряд экспериментов, которые предположили, что маленьким детям в целом, и детям младшего возраста с расстройствами аутистического спектра в частности, роботы казались особенно привлекательными. Оставалось только узнать, как можно использовать их для улучшения социальных навыков у детей.

«Вы не можете просто усадить робота перед ребенком и ожидать, что это сработает», добавил Уоррен. «Вы должны развивать сложные адаптивные структуры в отношении робота, прежде чем он будет работать».

Команда решила, что роботизированная система обладала наибольшим потенциалом в работе с детьми младшего возраста. «Исследования показали, что раннее вмешательство, индивидуализированное согласно потребностям каждого учащегося, в настоящее время является наиболее эффективным подходом для оказания помощи детям с аутизмом в развитии основополагающих социальных навыков общения, которые им необходимы для того, чтобы стать полноценными взрослыми», говорит Джули Криттендон, доцент педиатрии в Медицинском центре Университета Вандербильт.

Таким образом, исследователи создали «интеллектуальную окружающую среду» вокруг NAO, коммерческого человекоподобного робота, производимого во Франции, чья архитектура управления была расширена для этой цели. Маленького робота располагали на столе в передней части комнаты. К боковым стенам крепились плоские дисплеи. Стул, на котором сидел ребенок, располагался по направлению к передней части комнаты и был достаточно высоким, чтобы робот оказался на уровне глаз у ребенка. Комната была оборудована рядом недорогих веб-камер, направленных на стул. Их целью являлось отслеживание движений головы ребенка, так чтобы система могла определить, куда ребенок смотрит. Чтобы облегчить данную задачу, детям в данном исследовании одевали бейсболку с полосой светодиодов, что позволяло компьютеру точно определять, куда они смотрели.

NAO был запрограммирован набором словесных подсказок, таких как «посмотри сюда» и «давай сделаем еще», а также рядом жестов, например, взгляд и указание на один из дисплеев. Данные подсказки и жесты имитировали те подсказки и жесты, которые использовались терапевтами при обучении совместному вниманию.

Исследователям удалось проверить относительную эффективность работы робот- системы и человеческих терапевтов при обучении детей навыку совместного внимания на примере 12 детей в возрасте от 2 до 5 лет, шестеро из которых страдали расстройствами аутистического спектра, а остальные шестеро представляли собой контрольную группу типично развивающихся детей. Сессии под руководством терапевтов сменялись сессиями обучения с участием робота, а затем проводилось сравнение продуктивности детей.

Испытание показало, что дети в обеих группах дольше смотрели на робота, чем на человека терапевта. Во время сессий под руководством терапевтов дети в контрольной группе значительно больше времени смотрели на терапевта, чем дети с расстройствами аутистического спектра. В ходе сессий под руководством робота, однако, дети из обеих групп смотрели на робота примерно одинаковое количество времени.

«Степень внимательности детей к роботу была превосходной», считает Криттендон, «и мы увидели улучшения по всем направлениям в обеих группах».

Одним из ключевых отличий данного исследования состоит в том, что робот NAO автоматически адаптирует свое поведение в случае каждого конкретного ребенка, в зависимости от того, как он реагирует. «Чтобы быть полезной, система должна быть адаптивной», говорит Уоррен.

Стоимость робототехнических систем будет продолжать сокращаться в будущем. Саркар также добавляет, что данная система была разработана не для того, чтобы заменить терапевтов-людей роботами, но для того, чтобы выгодно использовать их ресурсы и усилия. Есть множество таких вещей, которые умеют делать терапевты, и которые недоступны роботам. Однако робототехническая система может обеспечить большую часть практики повторения, которая имеет большое значение для обучения.

Уоррен надеется, что роботизированные системы выступят в качестве «ускорителей технологий», и помогут увеличить скорость, с которой дети с расстройствами аутистического спектра обучаются необходимым им социальным навыкам. Вдохновленные успехом данного исследования, Саркар и Уоррен приступили к разработке опосредованных роботами систем вмешательства при аутизме, которые будут решать проблемы дефицита других навыков у аутичных детей, таких как обучение имитации, ролевые игры и совместное использование предметов.



Источник: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/03/130320155253.htm

Posted in: Развитие навыков у ребенка