User-Centered Design of Socially Assistive Robotic Combined with Non-Immersive Virtual Reality-based Dyadic Activities for Older Adults Residing in Long Term Care Facilities

📄 arXiv: 2410.21197v1 📥 PDF

作者: Ritam Ghosh, Nibraas Khan, Miroslava Migovich, Judith A. Tate, Cathy Maxwell, Emily Latshaw, Paul Newhouse, Douglas W. Scharre, Alai Tan, Kelley Colopietro, Lorraine C. Mion, Nilanjan Sarkar

分类: cs.HC, eess.SY

发布日期: 2024-10-28

💡 一句话要点

面向长期照护老年人，提出基于社交辅助机器人与虚拟现实的交互活动设计

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 社交辅助机器人 虚拟现实 人机交互 用户中心设计 长期照护 老年人 双人活动

📋 核心要点

  1. 老年人的冷漠会降低生活质量，现有的非药物干预方法资源密集，存在未满足的需求。
  2. 结合社交辅助机器人和非沉浸式虚拟现实，设计双人互动活动，提供身体、认知和社交刺激。
  3. 用户中心设计方法显著提升系统可接受性，护理人员能轻松设置系统，验证了系统的可用性。

📝 摘要（中文）

本研究采用以用户为中心的设计（UCD）流程，开发并测试一系列双人活动，旨在为长期照护（LTC）社区的老年人提供身体、认知和社交刺激，以改善其生活质量和护理人员的工作负担。该设计采用了一种新颖的框架，结合了社交辅助机器人和非沉浸式虚拟现实（SAR-VR），强调人机交互（HRI）和人机界面交互（HCI），机器人扮演教练和娱乐者的角色。由工程师、护士和医生组成的跨学科团队与包括LTC活动协调员、工作人员和居民在内的顾问小组合作，对活动进行原型设计。研究产生了四项虚拟活动：三项使用人形机器人Nao，一项使用动物机器人Aibo。十四名参与者测试了系统不同组件的可接受性，并在开发的不同阶段提供了反馈。参与者的认可度在系统的连续迭代中显著提高，突出了利益相关者反馈的重要性。五名LTC工作人员在研究人员的少量帮助下成功设置了系统，证明了该系统对护理人员的可用性。本文介绍了活动选择的理由、设计变更以及关于系统可接受性和可用性的定量和定性结果。本文讨论了为LTC中的老年人开发活动时遇到的挑战，并强调了UCD流程解决这些挑战的必要性。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决长期照护机构中老年人因冷漠而导致的生活质量下降问题。现有的非药物干预方法通常需要大量资源，且效果可能有限，缺乏创新性和个性化。

核心思路：论文的核心思路是利用社交辅助机器人（SAR）与非沉浸式虚拟现实（VR）相结合，设计一系列双人互动活动，为老年人提供身体、认知和社交刺激。机器人扮演教练和娱乐者的角色，通过人机交互（HRI）和人机界面交互（HCI）来提升老年人的参与度和兴趣。

技术框架：整体框架包含以下几个主要阶段：1)需求分析：通过与老年人、护理人员和相关专家的访谈和观察，了解他们的需求和偏好。2)活动设计：基于需求分析，设计一系列结合SAR和VR的互动活动。3)原型开发：开发SAR-VR系统的原型，包括机器人控制、VR场景和用户界面。4)用户测试：邀请老年人和护理人员参与测试，收集反馈并进行迭代改进。5)可用性评估：评估系统的可用性和可接受性。

关键创新：该研究的关键创新在于将社交辅助机器人与非沉浸式虚拟现实相结合，创造了一种新颖的互动体验。这种组合能够提供更丰富的感官刺激和社交互动，从而更有效地激发老年人的兴趣和参与度。此外，采用用户中心设计（UCD）方法，确保系统设计能够真正满足老年人的需求。

关键设计：活动设计方面，选择了Nao人形机器人和Aibo动物机器人，分别承担不同的角色。Nao主要负责指导和互动，Aibo则提供情感支持和陪伴。VR场景设计考虑了老年人的认知能力和身体状况，选择了简单易懂、色彩鲜艳的场景。用户界面设计也力求简洁直观，方便老年人操作。在迭代过程中，根据用户反馈不断调整活动内容、机器人行为和VR场景。

📊 实验亮点

研究结果显示，通过用户中心设计迭代，参与者对系统的认可度显著提高。五名长期照护机构工作人员在研究人员的少量帮助下成功设置系统，证明了系统的可用性。该研究为SAR-VR系统在老年人照护领域的应用提供了有力的支持。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于长期照护机构、社区养老服务中心和家庭养老等场景，为老年人提供个性化的认知、身体和社交训练。通过推广这种低成本、易于使用的SAR-VR系统，有望改善老年人的生活质量，减轻护理人员的负担，并促进老年人健康老龄化。

📄 摘要（原文）

Apathy impairs the quality of life for older adults and their care providers. While few pharmacological remedies exist, current non-pharmacologic approaches are resource intensive. To address these concerns, this study utilizes a user-centered design (UCD) process to develop and test a set of dyadic activities that provide physical, cognitive, and social stimuli to older adults residing in long-term care (LTC) communities. Within the design, a novel framework that combines socially assistive robots and non-immersive virtual reality (SAR-VR) emphasizing human-robot interaction (HRI) and human-computer interaction (HCI) is utilized with the roles of the robots being coach and entertainer. An interdisciplinary team of engineers, nurses, and physicians collaborated with an advisory panel comprising LTC activity coordinators, staff, and residents to prototype the activities. The study resulted in four virtual activities: three with the humanoid robot, Nao, and one with the animal robot, Aibo. Fourteen participants tested the acceptability of the different components of the system and provided feedback at different stages of development. Participant approval increased significantly over successive iterations of the system highlighting the importance of stakeholder feedback. Five LTC staff members successfully set up the system with minimal help from the researchers, demonstrating the usability of the system for caregivers. Rationale for activity selection, design changes, and both quantitative and qualitative results on the acceptability and usability of the system have been presented. The paper discusses the challenges encountered in developing activities for older adults in LTCs and underscores the necessity of the UCD process to address them.