2010 såg HENRY EVANS en robot på TV. Det var en PR2, från robotföretaget Willow Garage, och Georgia Tech robotteknikprofessor Charlie Kemp demonstrerade hur PR2 kunde lokalisera en person och ge dem en flaska medicin. För de flesta som tittade på den dagen var PR2 lite mer än en nyhet. Men för Evans hade roboten potential att förändra livet. "Jag föreställde mig PR2 som min kroppssurrogat", säger Evans. "Jag föreställde mig att använda det som ett sätt att återigen manipulera min fysiska miljö efter år av att bara ligga i sängen."
Åtta år tidigare, vid 40 års ålder, arbetade Henry som CFO i Silicon Valley när han drabbades av en strokeliknande attack orsakad av en fosterskada, och över en natt blev han en icke-talande person med kvadriplegi. "En dag var jag en 6'4", 200 Lb. executive," skrev Evans på sin blogg 2006. "Jag hade alltid varit extremt oberoende, förmodligen på grund av ett fel. Med ett slag blev jag helt beroende av allt... Varje sak jag vill göra måste jag be någon annan att göra och lita på att de gör det." Evans kan röra ögonen, huvudet och halsen och röra vänster tumme lätt. Han kan styra en dator markören använder huvudrörelser och ett tangentbord på skärmen för att skriva med cirka 15 ord per minut, vilket är hur han kommunicerade med IEEE Spectrum för den här historien.
Henry Evans rakar sig med hjälp av en PR2-robot 2012.
Efter att ha kommit i kontakt med Kemp på Georgia Tech, och i samarbete med Willow Garage, började Evans och hans fru Jane samarbeta med robotikerna i ett projekt som heter Robots for Humanity. Målet var att hitta sätt att öka självständigheten för personer med funktionsnedsättning, hjälpa dem och, lika viktigt, deras vårdgivare att leva ett bättre och mer tillfredsställande liv. PR2 var den första av många hjälpmedel som utvecklats genom Robots for Humanity, och Henry kunde så småningom använda roboten för att (bland annat) hjälpa sig själv att raka sig och klia sig själv för första gången på ett decennium.
"Robotar är något som alltid var science fiction för mig", sa Jane Evans till mig. "När jag först började den här resan med Henry, tänkte jag aldrig på att jag skulle ha en robot i mitt hus. Men jag sa till Henry: "Jag är redo att ta det här äventyret med dig." Alla behöver ett syfte i livet. Henry förlorade det syftet när han blev instängd i sin kropp, och att se honom anamma ett nytt syfte - det gav min man livet tillbaka."
Henry betonar att ett hjälpmedel inte bara ska öka den funktionshindrades självständighet utan också göra vårdgivarens liv enklare. "Vårdgivare är superupptagna och har inget intresse för (och ofta ingen fallenhet för) teknik", förklarar han. "Så om det inte är väldigt enkelt att installera och det inte sparar dem en meningsfull tid, kommer det helt enkelt inte att vänja sig."
Även om PR2 hade mycket potential, var den för stor, för dyr och för teknisk för vanlig verklig användning. "Det kostade $400,000", minns Jane. "Den vägde 400 pund. Den kan förstöra vårt hus om den råkade ut för saker! Men jag insåg att PR2 är som de första datorerna - och om det är det här som krävs för att lära sig hur man hjälper någon är det värt det."
För Henry och Jane var PR2 ett forskningsprojekt snarare än ett användbart verktyg. Det var samma sak för Kemp på Georgia Tech – en robot så opraktisk som PR2 aldrig skulle kunna ha en direkt inverkan utanför ett forskningssammanhang. Och Kemp hade större ambitioner. "Ända från början försökte vi ta ut våra robotar till riktiga hem och interagera med riktiga människor", säger han. För att göra det med en PR2 krävdes hjälp av ett team av erfarna robotister och en lastbil med en eldriven grind. Åtta år in i Robots for Humanity-projektet hade de fortfarande inte en robot som var tillräckligt praktisk för människor som Henry och Jane att faktiskt använda. "Jag tyckte att det var otroligt frustrerande," minns Kemp.
2016 började Kemp arbeta med designen av en ny robot. Roboten skulle utnyttja åratal av framsteg inom hårdvara och datorkraft för att göra många av de saker som PR2 kunde göra, men på ett sätt som var enkelt, säkert och prisvärt. Kemp fann en släkt i Aaron Edsinger, som liksom Kemp hade förtjänat en doktorsexamen. vid MIT under Rodney Brooks. Edsinger var sedan med och grundade en robotstartup som förvärvades av Google 2013. "Jag hade blivit frustrerad över komplexiteten hos robotarna som byggs för att göra manipulation i hemmiljöer och runt människor", säger Edsinger. "[Kemps idé] löste många problem på ett elegant sätt." 2017 grundade Kemp och Edsinger Hello Robot för att förverkliga sin vision.
Roboten som Kemp och Edsinger designade heter Stretch. Den är liten och lätt, lätt att flytta av en person. Och med ett kommersiellt pris på 20 USD,000 är Stretch en liten bråkdel av kostnaden för en PR2. Den lägre kostnaden beror på Stretchs enkelhet – den har en enda arm, med precis tillräckligt med frihetsgrader för att tillåta den att röra sig upp och ner och förlänga och dra in, tillsammans med en handledsled som böjs fram och tillbaka. Griparen på armens ände är baserad på ett populärt (och billigt) gripverktyg som Kemp hittade på Amazon. Sensing är fokuserad på funktionskrav, med grundläggande undvikande av hinder för basen tillsammans med en djupkamera på ett pan-och-tilt-huvud överst på roboten. Stretch kan också utföra grundläggande uppgifter autonomt, som att greppa föremål och flytta från rum till rum.
Denna minimalistiska strategi för mobilmanipulation har fördelar utöver att hålla Stretch överkomligt. Robotar kan vara svåra att manuellt styra, och varje ytterligare led ger extra komplexitet. Även för icke-handikappade användare kan det vara tråkigt att styra en robot med många olika frihetsgrader med hjälp av ett tangentbord eller en spelplatta, och det kräver stor erfarenhet för att göra det bra. Stretchs enkelhet kan göra det till ett mer praktiskt verktyg än robotar med fler sensorer eller frihetsgrader, särskilt för nybörjare, eller för användare med funktionsnedsättningar som kan begränsa hur de kan interagera med roboten.
En Stretch-robot under Henry Evans kontroll hjälper hans fru, Jane, med att laga mat och städa.
"Det viktigaste för Stretch att göra för en patient är att ge mening åt deras liv", förklarar Jane Evans. "Det leder till att bidra till vissa aktiviteter som får huset att drivas, så att de inte känns värdelösa. Stretch kan lätta en del av vårdgivarens börda så att vårdgivaren kan spendera mer tid med patienten." Henry är mycket medveten om denna börda, varför hans fokus med Stretch ligger på "vardagliga, repetitiva uppgifter som annars tar tid för vårdgivaren."
Vy Nguyen är en arbetsterapeut som har arbetat med Hello Robot för att integrera Stretch i en vårdande roll. Med ett anslag på 2,5 miljoner USD för Small Business Innovation Research från National Institutes of Health och i samarbete med Wendy Rogers vid University of Illinois Urbana-Champaign och Maya Cakmak vid University of Washington, hjälper Nguyen till att hitta sätt som Stretch kan vara användbart i familjen Evans dagliga liv.
Det finns många uppgifter som kan vara frustrerande för patienten att vara beroende av vårdgivaren, säger Nguyen. Flera gånger i timmen drabbas Henry av klåda som han inte kan klia, och som han beskriver som försvagande. Istället för att behöva be Jane om hjälp, kan Henry istället låta Stretch plocka upp ett skrapverktyg och använda roboten för att själv repa dessa kliar. Även om detta kan verka som en relativt liten sak, är det oerhört meningsfullt för Henry, att förbättra hans livskvalitet och samtidigt minska hans beroende av familj och vårdgivare. "Stretch kan överbrygga klyftan mellan de saker som Henry gjorde före sin stroke och de saker han strävar efter att göra nu genom att göra det möjligt för honom att utföra sina vardagliga aktiviteter och personliga mål på ett annorlunda och anpassningsbart sätt via en robot," förklarar Nguyen. "Stretch blir en förlängning av Henry själv."
Detta är en unik egenskap hos en mobil robot som gör den särskilt värdefull för personer med funktionsnedsättning: Stretch ger Henry en egen byrå i världen, vilket öppnar för möjligheter som går långt utöver traditionell arbetsterapi. "Forskarna är väldigt kreativa och har hittat flera användningsområden för Stretch som jag aldrig skulle ha föreställt mig", konstaterar Henry. Genom Stretch har Henry kunnat spela poker med sina vänner utan att behöva förlita sig på en lagkamrat för att hantera hans kort. Han kan skicka recept till en skrivare, hämta dem och ta med dem till Jane i köket när hon lagar mat. Han kan hjälpa Jane att leverera mat, rensa bort disken åt henne och till och med transportera en tvättkorg till tvättstugan. Enkla uppgifter som dessa är kanske de mest meningsfulla, säger Jane. "Hur får du den personen att känna att det de bidrar med är viktigt och värt besväret? Jag såg Stretch kunna utnyttja det. Det är enormt."
En dag använde Henry Stretch för att ge Jane en ros. Innan dess säger hon: "Varje gång han plockade blommor åt mig tackar jag Henry tillsammans med vårdgivaren. Men när Henry gav mig rosen genom Stretch fanns det ingen annan att tacka än honom. Och glädjen i hans ansikte när han gav mig den där rosen var otroligt."
Henry har också kunnat använda Stretch för att interagera med sitt treåriga barnbarn, som inte är riktigt gammal nog att förstå sitt handikapp och tidigare såg honom, säger Jane, som något som liknar en möbel. Genom Stretch har Henry kunnat spela lite basket- och bowlingspel med sitt barnbarn, som kallar honom "Papa Wheelie". "Hon vet att det är Henry", säger Nguyen, "och roboten hjälpte henne att se honom som en person som kan leka med och ha kul med henne på ett väldigt coolt sätt."
Den person som jobbar hårdast för att förvandla Stretch till ett praktiskt verktyg är Henry. Det betyder att "pressa roboten till dess gränser för att se allt den kan göra", säger han. Även om Stretch är fysiskt kapabel att göra många saker (och Henry har utökat dessa möjligheter genom att designa anpassade tillbehör för roboten), är en av de största utmaningarna för användaren att hitta rätt sätt att berätta för roboten exakt hur den ska göra vad du vill ha den att göra.
Henry samarbetade med forskarna för att utveckla sitt eget grafiska användargränssnitt för att göra manuell kontroll av Stretch enklare, med flera kameravyer och stora skärmknappar. Men Stretchs potential för delvis eller helt autonom drift är i slutändan det som kommer att göra roboten mest framgångsrik. Roboten förlitar sig på "en mycket speciell typ av autonomi, kallad assisterande autonomi," förklarar Jane. "Det vill säga, Henry har kontroll över roboten, men roboten gör det lättare för Henry att göra vad han vill göra." Att ta upp sitt skrapverktyg är till exempel jobbigt och tidskrävande under manuell kontroll, eftersom roboten måste flyttas till exakt rätt position för att greppa verktyget. Assisterande autonomi ger Henry kontroll på högre nivå, så att han kan styra Stretch att flytta till rätt position på egen hand. Stretch har nu en meny med förinspelade rörelsesubrutiner som Henry kan välja mellan. "Jag kan träna roboten att utföra en serie rörelser snabbt, men jag har fortfarande full kontroll över vad dessa rörelser är", säger han.
Henry tillägger att att få robotens assisterande autonomi till en punkt där den är funktionell och lätt att använda är den största utmaningen just nu. Stretch kan navigera självständigt genom huset, och armen och griparen kan också styras tillförlitligt. Men mer arbete måste göras med att tillhandahålla enkla gränssnitt (som röststyrning) och att se till att roboten är lätt att slå på och inte stänger av sig själv oväntat. Det är trots allt fortfarande forskningshårdvara. När väl utmaningarna med autonomi, gränssnitt och tillförlitlighet är åtgärdade, säger Henry, "kommer samtalet att vända sig till kostnadsfrågor."
Henry Evans använder en Stretch-robot för att mata sig själv med äggröra.
En prislapp på $20,000 för en robot är betydande, och frågan är om Stretch kan bli användbar nog för att motivera kostnaden för personer med kognitiva och fysiska funktionsnedsättningar. "Vi kommer att fortsätta att iterera för att göra Stretch mer överkomligt", säger Hello Robots Charlie Kemp. "Vi vill göra robotar för hemmet som kan användas av alla, och vi vet att överkomlighet är ett krav för de flesta hem."
Men även till sitt nuvarande pris, om Stretch kan minska behovet av en mänsklig vårdgivare i vissa situationer, kommer roboten att börja betala för sig själv. Människovård är mycket dyrt – det rikstäckande genomsnittet är över $5,000 per månad för en hemsjukvårdare, vilket helt enkelt är oöverkomligt för många människor, och en robot som skulle kunna minska behovet av mänsklig vård med några timmar. vecka skulle betala sig själv inom bara några år. Och detta tar inte hänsyn till värdet av vård som ges av anhöriga. Även för familjen Evans, som har en anställd vårdgivare, faller mycket av Henrys dagliga omsorg på Jane. Detta är en vanlig situation för familjer att befinna sig i, och det är också där Stretch kan vara särskilt användbart: genom att låta människor som Henry hantera fler av sina egna behov utan att enbart behöva förlita sig på någon annans hjälp.
Henry Evans använder sitt anpassade grafiska användargränssnitt för att styra Stretch-roboten för att plocka upp en handduk,
lägg handduken i en tvättkorg och bogsera sedan tvättkorgen till tvättstugan.
Stretch har fortfarande några betydande begränsningar. Roboten kan bara lyfta cirka 2 kilo, så den kan till exempel inte manipulera Henrys kropp eller lemmar. Den har heller ingen möjlighet att gå upp och ner för trappor, är inte designad för att gå utomhus och kräver fortfarande en hel del tekniska ingrepp. Och oavsett hur kapabel Stretch (eller robotar som Stretch) blir, är Jane Evans säker på att de aldrig kommer att kunna ersätta mänskliga vårdgivare, och hon skulle inte heller vilja att de skulle göra det. "Det är blicken i ögonen från en person till en annan", säger hon. "Det är orden som kommer ut ur dig, känslorna. Den mänskliga beröringen är så viktig. Den förståelsen, den medkänslan - en robot kan inte ersätta det."
Stretch kan fortfarande vara långt ifrån att bli en konsumentprodukt, men det finns säkert intresse för det, säger Nguyen. "Jag har pratat med andra människor som har förlamning, och de skulle vilja ha en Stretch för att främja deras oberoende och minska mängden hjälp de ofta ber sina vårdgivare att ge." Vi kanske borde bedöma en hjälprobots användbarhet inte efter de uppgifter den kan utföra för en patient, utan snarare efter vad roboten representerar för den patienten och för deras familj och vårdgivare. Henry och Janes erfarenhet visar att även en robot med begränsad kapacitet kan ha en enorm inverkan på användaren. När robotar blir mer kapabla kommer den effekten bara att öka.
"Jag ser definitivt robotar som Stretch vara i folks hem", säger Jane. "När, är frågan? Jag känner inte att det är evigheter borta. Jag tror att vi närmar oss." Hjälpsamma hemrobotar kan inte komma snart nog, eftersom Jane påminner oss: "Vi kommer alla att vara där en dag, på något sätt, form eller form." Det mänskliga samhället åldras snabbt. De flesta av oss kommer så småningom att behöva lite hjälp med dagliga aktiviteter, och innan dess kommer vi att hjälpa våra vänner och familj. Robotar har potential att lätta den bördan för alla.
Och för Henry Evans gör Stretch redan en skillnad. "De säger att det sista att dö är hopp", säger Henry. "För gravt funktionshindrade, för vilka mirakulösa medicinska genombrott inte verkar möjliga i våra liv, är robotar det bästa hoppet för betydande oberoende."
Artikeln återges på hemsidan:https://spectrum.ieee.org/stretch-assistive-robot