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技術文章
TECHNICAL ARTICLES
更新時間：2026-02-09
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面對老齡化社會，特別是長期照護機構中老年人日益增長的精神照護需求與有限的專業(yè)資源之間的矛盾，技術創(chuàng)新提供了新的可能性。
本研究通過以用戶為中心的設計過程，將社會輔助機器人與虛擬現(xiàn)實技術有機結合，創(chuàng)造了一套旨在激發(fā)老年人身體、認知和社交功能，并特別注重促進人與人真實互動的活動系統(tǒng)。也為未來開展相關臨床干預研究、探索科技賦能老年精神健康的新路徑，提供了一個堅實的平臺和富有希望的起點（Ghosh et al., 2024）。
隨著人口老齡化的加速，老年人群體的健康問題日益凸顯，尤其是在長期護理機構中居住的老年人。這些老年人中，許多人患有多種慢性健康問題，導致他們在日常生活活動和工具性日常生活活動上需要不同程度的幫助。特別是，認知障礙和身體機能衰退使得許多老年人需要入住長期護理機構以獲得必要的日常照顧和服務。
在長期護理機構中，冷漠是一個普遍存在的問題，表現(xiàn)為缺乏主動性、對日常活動失去興趣以及社交互動的退縮。冷漠不僅加速了老年人的認知功能衰退，還增加了功能缺陷、生活質量下降和死亡率上升的風險。此外，冷漠還給家庭成員和護理人員帶來了巨大的負擔和壓力。盡管目前有一些非藥物治療方法可以有效減輕冷漠癥狀，但這些方法通常需要大量的人力物力資源，而許多長期護理機構面臨人員短缺和技能不足的問題。因此，利用技術手段來輔助非藥物治療成為了一個有前景的研究方向。
近年來，非沉浸式或沉浸式虛擬現(xiàn)實（VR）技術以及社交輔助機器人（Socially Assistive Robots, SARs）在提升老年人功能和生活質量方面展現(xiàn)出了巨大潛力。SAR具有物理存在感、能夠模擬肢體語言和使用非言語溝通姿態(tài)的優(yōu)勢，容易獲得信任。而非沉浸式VR則能創(chuàng)造出多樣的虛擬場景，易于根據(jù)個人身體能力進行調(diào)整。然而，如何將這些技術有效結合并應用于長期護理機構中，以減輕老年人的冷漠癥狀，仍是一個待解決的問題。
本研究采用以用戶為中心的設計（User-Centered Design, UCD）方法，旨在開發(fā)并測試一套結合社交輔助機器人和非沉浸式虛擬現(xiàn)實的雙人活動系統(tǒng)，為長期護理機構中的老年人提供身體、認知和社交刺激（圖1）。
研究團隊組建了跨學科團隊，涵蓋工程、護理、老年醫(yī)學等領域專家，并與由長期照護機構活動協(xié)調(diào)員、工作人員和居民組成的顧問小組緊密合作。過程分為多個階段，包括原型開發(fā)、可用性測試和迭代改進。
原型開發(fā)階段，首先確定了老年人感興趣的真實生活活動和愛好，作為虛擬活動設計的靈感來源。基于此，設計了四種虛擬活動，其中三種由類人機器人Nao輔助，一種由機器狗Aibo輔助。這些活動包括音樂活動、釣魚活動、繪畫活動和拼寫活動（圖2），旨在結合身體運動、認知挑戰(zhàn)和社交互動。
可用性測試階段，共招募來自兩個長期照護機構的14名老年人被試（平均年齡超過80歲），他們患有不同程度的認知障礙和身體功能限制。此外，還招募了5名機構員工來測試系統(tǒng)的可部署性。
實驗在一個配備有大屏幕電視、Kinect傳感器、生理信號傳感器和定制控制器的房間內(nèi)進行。被試使用定制的控制器與虛擬環(huán)境進行交互（圖3）。每個被試參加五次實驗，每次持續(xù)30-45分鐘，包含兩個活動。實驗過程中通過觀察、視頻錄像、生理數(shù)據(jù)采集和訪談等方式收集數(shù)據(jù)。
其中，收集視頻數(shù)據(jù)來探究被試的行為和對機器人交互的反應。共使用兩臺攝像機分別記錄參被試和機器人。合成同步視頻，使用諾達思的行為觀察記錄分析系統(tǒng)（The Observer XT）進行編碼，利用編碼方案分析行為，以識別二元、人機和人-研究者互動。
隨后，基于每次測試的觀察數(shù)據(jù)、用戶反饋和評分，研究團隊對活動設計、機器人交互、系統(tǒng)界面、操作指南等進行持續(xù)修改和完善。這個過程循環(huán)往復，直至用戶對活動和系統(tǒng)的認可度達到滿意水平。
用戶反饋與接受度
通過多次迭代測試和結構化訪談，被試對系統(tǒng)的接受度顯著提高。經(jīng)過迭代設計后，用戶的認可度顯著提高。在Firsr測試點，六個維度中有五個的評分得到提升；在第二個測試點，所有六個維度的評分均顯著提升。被試普遍表示享受活動過程。
系統(tǒng)可用性與用戶友好性
5名參與測試的長期照護機構員工全部成功完成了系統(tǒng)的設置和運行。員工反饋系統(tǒng)組件集成良好、用戶友好，并認為隨著熟悉度增加，再次設置會更容易。這證明了系統(tǒng)在真實照護環(huán)境中的實用性和可部署性。
多模態(tài)數(shù)據(jù)采集
研究同步收集了多模態(tài)數(shù)據(jù)，包括視頻錄像（用于分析行為）、時間戳日志（記錄活動表現(xiàn)）、Kinect關節(jié)位置數(shù)據(jù)（用于分析非言語互動和運動范圍）以及生理數(shù)據(jù)（包括心率、皮電活動、皮膚溫度等）。這些數(shù)據(jù)為進一步分析被試的認知負荷、壓力水平和運動范圍提供了基礎。例如，通過分析Kinect傳感器記錄的關節(jié)位置數(shù)據(jù)，可以研究被試的非語言交流模式；通過分析生理信號數(shù)據(jù)，可以探索被試的情感狀態(tài)變化。盡管目前的研究尚未充分利用這些數(shù)據(jù)進行分析，但它們?yōu)槲磥淼难芯刻峁┝藢氋F的信息。
本研究成功地應用以用戶為中心的迭代設計方法，開發(fā)并初步驗證了一套用于長期照護機構的社交輔助機器人和非沉浸式虛擬現(xiàn)實結合的雙人活動系統(tǒng)。
這為長期護理機構中的老年人提供了身體、認知和社交刺激。通過有趣且具有挑戰(zhàn)性的活動，系統(tǒng)成功吸引了老年人的注意力并激發(fā)了他們的參與熱情。盡管目前的研究尚未直接評估系統(tǒng)對冷漠癥狀的影響，但被試的積極反饋和高度參與度表明，該系統(tǒng)具有減輕冷漠癥狀的潛力。未來的研究可以進一步探索系統(tǒng)對老年人冷漠癥狀、認知功能和生活質量的具體影響。
Ghosh, R., Khan, N., Migovich, M., Tate, J. A., Maxwell, C., Latshaw, E., … & Sarkar, N. (2024). 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 preprint arXiv:2410.21197.
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