陪伴机器人在老年护理领域的应用进展

谷元静 史婷奇 陶金 蒋慧萍

(南京大学医学院附属鼓楼医院，江苏 南京 210008)

随着我国人口出生率下降、人均寿命延长，老龄化程度高于世界平均水平[1]，预计到2030年，我国60岁以上老年人口将超过3亿[2]。而经济高速的发展，社会、生活的节奏越来越快，使得独居、空巢老人数量逐年增加，其中约80%的老年人曾经历慢性孤独。孤独与多种不良的健康结果有关，如高血压[3]、残疾[4]、功能衰退[5]、抑郁症[6]和认知能力下降[7]，这些合并症又将长期影响老年人的生活品质。因此，解决独居、空巢老人的孤独感已是当前促进老年人心理健康发展的重要策略。近年来，以人工智能服务体系为主的陪伴机器人快速发展，利用机器学习、自然语言处理、图像识别等先进技术，与人进行智能化交互，在老年人陪伴式情感护理中应用越来越普及。因此，本文主要从陪伴机器人的概述、分类、在老年人群中的应用现状、护士在陪伴机器人应用中起到的作用以及当前面临的挑战等进行综述，为陪伴机器人的进一步发展提供有意义的参考。

1 陪伴机器人概述

“陪伴”一词，最初指家庭关系中亲子陪伴，建立情感依赖，为孩子提供物质上或精神上的支持与帮助。随着我国家庭结构转型为“4+2+1”模式，家庭养老支持功能大大削弱，老年人成为需要更多陪伴和照顾的对象[8]。而机器人作为模拟人的视觉、听觉、表情以及语言等自然行为的人工智能载体，成为家庭、社区和机构内老人照护的额外人力[9]。当前，机器人心理学领域较为关注人与机器人的交互，探讨人与机器人在情感、认知和社会方面的兼容性[10]。因此，陪伴型机器人得到越来越多设计者和临床专家的关注。目前对陪伴机器人的概念尚无统一定义，将其归为社交机器人的一个子集。国际机器人联盟定义服务机器人是一种半自主或完全自主工作的机器人系统，能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备[11]，以护理为核心的服务机器人称为护理机器人。而社交机器人作为护理机器人中的一大类，主要在社交和情感方面支持老年人，包括陪伴或改善日常生活。这些机器人进一步分为生活服务型机器人和陪伴型机器人，前者支持老年人独立生活，如协助进食、洗澡、打扫卫生等。后者作为“伴侣”的身份执行各种任务，用于促进老年人的身心健康，通过陪伴提高生活质量。早期的陪伴机器人以自律型为主，如日本推出的“Yorisoi ibot”以及海豹机器人“Paro”，以外界刺激产生的回馈模式固定[12]。随着互联网和人工智能等信息技术的发展，基于云平台的机器人系统对获取的信息和数据进行存储和自我学习，从而拥有情感识别能力,通过使用者的面部表情、声音、身体姿态以及语言理解用户的感情，并向使用者提供相适应的内容，产生和谐的互动氛围[13]。

2 陪伴机器人的分类

陪伴机器人因其需求和设计差异性，其在结构和用途上风格迥异，主要分为类人型、宠物型、内置对话代理型(embodied conversational agents)。类人型机器人主要模仿人的整体外形或者某一局部(如头部、手臂等)，设计较多的自由度而行动灵活，与人亲和力高，如优必选Alpha、Mario、Ryan等机器人。宠物机器人模仿传统动物的体态、行为甚至表情(如狗的摇头、摆尾、蹲卧、起立，以及各种行走步态)，人们可以通过拥抱、抚摸等形式主动与机器人互动，机器人也可以通过讲故事、玩游戏、情景对话等方式调节人的情绪以及安慰人的心理，如“Sony aibo”“Romibo”等。内置对话代理是一类嵌入在移动设备或台式机内的动画计算机角色，通过社交对话、面部表情和肢体语言等形式给老年人提供日常保健和陪伴需求，其特别之处在于能提供移情支持[14]，更适合应用于机构或受限制的社区环境内，主要包括虚拟教练、虚拟顾问、数字人类和游戏角色等。

3 陪伴机器人在老年人群中的主要应用

近些年，新一代信息技术快速发展，确实提供了创新和有效的方法帮助老年人独立生活，降低了医疗费用的支出。Khosravi等[15]回顾欧美国家已发表的与老年护理辅助技术相关的文献，表明机器人、远程医疗、传感器技术等正在帮助老年人减少孤独感、发展和维持社会关系、减少社会孤立。

3.1提供陪伴 由于生活环境和社会角色发生转变，老年人的社会交往和精神慰藉常得不到满足，负面情绪和心理困境要比一般人常见[16]。尤其在住院期间，陌生环境、恐惧疾病以及缺乏家属陪伴增加了老年人群孤独、抑郁、谵妄和跌倒的风险。Bott等[17]使用虚拟陪伴机器人对95例老年住院患者实施病例对照研究，研究人员以屏幕上的数字宠物为载体间接向患者宣传健康知识，并实时了解患者照护需求，及时将信息反馈给责任护士，从而为患者寻求帮助。结果显示，患者在出院时谵妄的发生率降低(P<0.001)，孤独感减少(P=0.01)，跌倒发生率与对照组相比明显下降。该研究表明，虚拟形象宠物在给老年人提供陪伴、社会支持和健康信息方面具有较高的实用性。Abdollahi等[18]在社区内对6例中度痴呆或抑郁症老人开展的一项试点研究中，使用Ryan家庭陪伴机器人进行全天候的陪伴，受试者可以根据自己的喜好命名机器人，为了避免交谈兴趣减弱，系统配备认知游戏、音频播放、旁白相册等功能。结果表明，尽管它不能完全取代人类的陪伴，但人们仍然愿意花大量时间与机器人相处，并建立深厚的友谊关系。欧盟资助的MARIO项目主要针对有认知障碍的痴呆患者提供关怀服务，将基于循证的多种非药物治疗方法集成到系统内，如行为疗法、音乐疗法、回忆疗法、认知导向疗法等。G D’Onofrio等[19]在MARIO项目的支持下，对38例痴呆患者进行为期3个月的多中心小样本验证，研究人员分别从痴呆患者的情感状态(康奈尔痴呆抑郁量表)、压力恢复能力、个人生活质量以及感知社会支持进行多维度评估，分析痴呆患者症状改善情况。结果显示，在MARIO干预前后，参与者的综合复原力得分显著改善(P=0.020)；与机器人的交流时间始终保持在较高水平。研究表明，MARIO可能有延缓患者痴呆症病程进展的优势，使他们能体验到更多的积极情绪。除前述的虚拟宠物、人形陪伴机器人外，动物陪伴机器人也能给老年人提供陪伴和情感支持，与动物辅助疗法产生了相似的益处。新西兰的一项研究[20]分析Paro机器人在护理中心和家中陪伴痴呆患者对其生理、心理和行为的影响，会议持续30 min，每周3节，持续12周，结果显示Paro使患者处于放松状态，其中对认知障碍程度低的患者效果明显。Jones等[21]研究得出相似的结果，使用Paro对改善痴呆患者参与度、情绪状态和躁动与疾病严重程度呈负相关，严重躁动参与者对机器人反应较差；较低水平激动和较高认知功能有更好治疗反应。因此，陪伴机器人为老年人模拟了一个类似于现实陪伴的环境，满足独居、空巢老人的情感需求，降低了孤独、焦虑、抑郁等负面情绪。

3.2社交互动 老年人由于身体感官、认知记忆、口语表达能力逐渐下降，再加上社交心态趋于封闭化，间接影响到人际关系和质量，会增加老年人社会孤立的风险[22]。虽然孤独和社会孤立并非同一个概念，孤独是一种更加主观的心理感受，而社会孤立是一种客观生理状态，但孤独可能是社会孤立的反应。因此，为处于社会孤立状态的老年人提供必要、有效的干预措施尤为重要。Banks等[23]比较宠物机器狗Aibo与真实宠物狗在养老院、医院环境下和老年人的互动情况，结果表明，与活体宠物狗相比，老年人与AIBO的身体、语言和情感等方面的互动次数和频率更多。有研究[22]使用定量和定性混合实验设计调查Paro机器人对老年人孤独、生活质量的影响，其中对个人访谈内容进行结构化分析，结果显示Paro机器人扮演媒介的作用，提供了更多与他人交谈和互动的机会，帮助老年人扩大了人际交往的范围。Hudson等[24]也研究宠物机器人缓解老年人孤独感的效果，明确指出在公共场所分享宠物机器人增加了与他人联系的潜在机会，尤其是他们以前不认识的人；甚至自称善于交流的参与者也报告说，他们将宠物带到公共场所或聚会，享受由此产生的互动；并指出那些独居、社交联系较少、生活方式不活跃的参与者在与宠物的互动中获益最大。随着对陪伴机器人的研究深入，越来越多的研究人员开始研究居家护理环境下老年人群的社交参与和体验，期望为智慧居家养老服务模式赋能。Khosla等[25]研究家庭环境下5例痴呆患者和照顾者与Betty陪伴机器人参与互动体验的效果，根据老年人的疾病状态提供语音识别、面部识别和视觉触摸界面3种不同的沟通方式，还为老年人定制个性化曲目、阅读故事以及日程安排等服务，借助日志数据和音频记录评估老年人情感参与的有效性。结果显示，老年人很享受与Betty的每一次互动，其互动行为明显增加，社交自信心显著增强。远程服务类机器人也逐渐发展成为辅助老人独立生活的潜在技术，不仅可以远距离虚拟呈现和双向实时交互，而且允许用户远程遥控机器人移动位置。Moly等[26]采用半结构访谈评估痴呆症患者和家庭成员使用Giraff机器人实现三维人机交互的可行性，并观察患者的情绪状态和参与度。结果显示，Giraff提供的视频会议功能可让患者和家人实现有效的互动和交流，缩小家庭成员与老年人之间通常存在的物理距离，从而增强相互间的社会联系，在通话过程中患者总体表现出积极的情绪状态。因此，陪伴机器人拉近了老年人与家人、朋友之间的社会距离和心理距离，促进相互间的人际交往，从而降低老年人社会孤立的风险。

3.3健康行为促进 有研究[27]报道，老年人群中各类慢性疾病发生率较青年人高，有效的药物治疗和行为改变能延缓病程，降低医疗费用支出。而陪伴机器人除了提供陪伴服务，也能在人、智能家居和外界环境(包括卫生专业人员)之间扮演通信接口的角色来协助人与人之间的交互，实现健康行为促进。Kramer等[28]通过虚拟助手对60例65岁以上独居老人进行健康饮食宣传教育，基于行动计划、自我效能、社会促进等行为完善技术，构建电子健康应用程序，使用人工智能语音记录用户第1周的饮食日志，继而由目标、食谱、故事、聊天等模块鼓励老年人在日常生活中做出健康行为改变，让用户体验到更多的自主性，从而改变饮食行为。新西兰的一项关于iRobi机器人对慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)患者进行4个月远程健康管理的研究[29]，由多学科团队设计病情问卷、用药提醒、康复锻炼及警报响应等模块，使用语音和界面交互的方式获取患者反馈信息，其中约75%的患者认为机器人提高了肺康复锻炼和用药的依从性，为COPD患者延续护理服务提供了有效的、针对性的技术支持。Hallberg等[30]设计了一款针对老年高血压患者服药依从性和血压监测的管理系统，在手机应用程序中录入待提醒的信息，并设置不同颜色的灯来提醒吃药或测量血压，可督促老年人随时关注病情变化，提高其疾病防控意识，但缺点是用药信息不详细。Su等[31]提出了基于云服务的对话药物管理系统，利用自然语言处理和数据挖掘技术快速识别用户意图，由陪伴机器人主动询问患者用药信息并记录用药史，及时检查患者用药依从性，提高老年人疾病自我管理能力。以色列Intuition Robotics公司推出了一款家庭伴侣机器人，其借助人工智能和大数据技术分析老年人的健康状况并进行实时监测，监督和提醒老人按时服药、休息和运动，准确敦促老人遵循和执行医疗或康复计划，还会进行简单的对话，若发生异常情况，其将利用无线传感器发送信号联系家属或护理人员[32]。综上所述，陪伴机器人在老年人的饮食管理和疾病控制方面也存在一定的优势，不仅能提高老年人晚年生存质量，也能在老年医疗保健方面发挥极大的潜力。

4 护士在陪伴机器人应用于老年护理中的作用

护士作为老年人日常照护的主要群体之一，在陪伴机器人引进中起到积极的协调作用。老年人对陪伴机器人的使用意愿受个体特质和产品特征双重影响，当老年人认为陪伴机器人能够提高生活质量、易于操控，并能达到预期的效果时，其使用意愿最为强烈。首先，护士的参与，能切身感受到老年人在技术使用初期遇到问题与障碍，可以经常与研发人员进行讨论和分析，优化产品功能、简化操作过程，不断提升老年人对新技术的体验感，最大程度保持老年人的使用意愿。其次，在陪伴机器人的推广使用中，护士能够起到积极的促进作用。护士作为老年人群接触最为密切的专业人士，日常生活中经常与老人进行语言上或非语言上的互动和交流，对老人的潜在心理需求能够较早识别，可以挖掘老年人的兴趣取向，不断提升陪伴机器人产品质量和服务。一项不同人群对智能技术需求和设计的调查结果[33]显示，智能技术研发者和临床护理专家对认知障碍患者需求的理解存在差异。因为临床护理专家受所处的工作环境影响，更能预测患者的疾病状态和心理需求趋势，而这些潜在的优势是设计者和制造商所无法自身获取的。

5 挑战与应对策略

从2014年起，人工智能、大数据、云平台等新一代技术迭代更新，各国纷纷争夺机器人领域发展先机，尤其是一些发达国家不仅重视机器人设计和应用，也更关注用户群体心理及交互体验等[44]。美国社会预测学家JohnNaisbitt指出，随着社会存在的技术向更高级转变，人们更需要创造高情感的环境，实现高技术硬性与高情感软性的平衡[34]。目前，关于机器人的研究多处于研发和小样本实验阶段，尚未在临床广泛使用。因此，有必要探讨当前机器人领域可能存在的一些问题。

5.1技术问题 目前陪伴机器人虽已具有较高的智能化水平，但仍受技术、社会等因素的限制。如自我运动过程中的噪音干扰、电池续航能力不足，难以满足全方位数据采集的高耗电要求。受距离或阻隔物体的影响，当距离较远时，无法实现快速响应。其次，我国幅员辽阔，地域环境复杂，拥有不同的文化环境导致语言方面存在较大差异，各种方言、口音以及语种干扰机器人系统对语言识别的精确性，使系统频繁出错，进而对用户的使用意愿和态度产生消极影响。此外，缺乏生物医学领域相关的情感词典，容易出现注释者偏倚或错误。因此，建议在未来陪伴机器人的设计中，由计算机学、工程学、医学、心理学、语言学等组建多学科团队，利用丰富数据源构建一套适合我国国情与临床实际的医学情感术语系统，并结合新型技术材料和精湛工艺，在成本控制的基础上开发最适合老年人的情感辅助工具。

5.2隐私与伦理问题 机器人要真实地感受不同人群地情感状态，就需要不断地信息存储，而当我们在享受技术带来的便利、个性化服务及高质量生活的同时，可能存在位置信息、健康状况及生活轨迹等个人数据泄露的风险。有必要建设与数据相关的多维度安全管理机制[35]、制定不同健康医疗机构之间更加明确的数据共享机制以及更加细致的数据分级分类和更细力度的数据访问权限[36]，满足数据从产生到销毁全生命周期的保障需求。也有学者[37]指出，陪伴机器人的应用会导致老年人脱离和逃避人类的现实社会，而沉浸在虚构的机器人社会里。虽然陪伴机器人能进行情感表达但毕竟不是真实人类，人机交互也终究不能与现实交往相提并论。在人机交互的过程中，人对机器人的情感是单向的、反向的情感依赖，而过度依赖会极大地扩大人际关系的冲突，影响多元化、复杂化的社会交流环境。因此，处理好人机交互中与陪伴机器人的关系，把握好情感补偿交流中的量和度极其关键。应以正确的态度面对机器人，防止其过度人格化，同时也避免令之完全工具化[38]。

6 小结

虽然在医疗领域内，陪伴机器人还存在技术难点较多、服务能力偏弱、监管规范滞后等突出短板和问题，但其在国家政策引导和人工智能、大数据等新技术快速发展的双重背景下，上述的问题将被逐一克服，在护理领域的优势也将进一步凸显。综上所述，陪伴机器人有望成为未来一段时间内缓解人口老龄化、解决护理人力资源不足等社会化问题的有效手段，可提高老年人居家独立生活能力。这不仅符合我国以家庭为依托的传统孝道文化观念，也是响应政府构建多层次智慧养老服务新模式的积极尝试，值得科学地探索和实践。