隨著(zhù)旨在 迎合客戶(hù)， 減輕壓力 和 照顧老年人的機器的發(fā)展，機器人與人們的日常生活日益緊密地交織在一起。如今，機器人學(xué)家不僅對更快，更強大或更精確地進(jìn)行設計感興趣，而且還對他們的栩栩如生，友好和親密聯(lián)系感興趣。
近年來(lái)，“硬”機器人技術(shù)已取得了巨大進(jìn)步，“硬”機器人是由硬塑料和金屬制成的機器人。這些機器人非常精確，堅固，裝備精良，可以勝任繁重的工作，因此非常適合工業(yè)工作。通常，在這些設置中使用機器人來(lái)保護人類(lèi)免受潛在危險的工作條件的侵害。
對于工廠(chǎng)和倉庫來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)明智的解決方案，但是對于人來(lái)說(shuō)，工作本身更不可或缺的工作(如護理或醫療保健)呢?如果研究人員能夠開(kāi)發(fā)與人類(lèi)交互時(shí)像人類(lèi)彼此交互時(shí)一樣仔細的機器人，則它們可以用于各種領(lǐng)域，以全新的方式改善日常生活。這就是軟機器人技術(shù)的來(lái)歷。
機械工程和應用力學(xué)助理教授James Pikul研究軟機器人技術(shù)，這是一個(gè)新興領(lǐng)域，旨在構建可以安全處理更細膩和易碎物品的機器人。這些機器人必須采用在壓力下會(huì )變形的材料，以減少撞擊，擠壓或以其他方式傷害與其互動(dòng)的同等柔軟物體(例如人體)的機會(huì )。
2019年9月，皮庫爾(Pikul)和他的團隊 從美國國家科學(xué)基金會(huì )(National Science Foundation)獲得了200萬(wàn)美元的資助， 用于探索一種完全不符合機器人通用概念的新型軟機器人技術(shù)。這些軟機器人從平板開(kāi)始，然后轉變?yōu)榫_的形狀以執行任務(wù)。他們的目標是：創(chuàng )建可充氣的機器人墊，將其放置在醫院病床上，并用于移動(dòng)患者。此應用程序有可能提高患者的舒適度，并減少可能因患者處理而對護士和醫護人員造成的傷害。
為了獲得這一新興領(lǐng)域的靈感，軟機器人工程師通常會(huì )著(zhù)眼于自然。皮庫爾研究了 章魚(yú)(一種完全柔軟的有機體)，以及章魚(yú)如何將皮膚的紋理轉化為偽裝進(jìn)入周?chē)沫h(huán)境?？的螤柎髮W(xué)的他和他的同事開(kāi)發(fā)了一種受此功能啟發(fā)的軟機器人系統?，F在，他正在擴展這項技術(shù)。Pikul想到的軟機器人不僅會(huì )改變外觀(guān)，還可以安全地搬運和移動(dòng)患者。
“這里的挑戰是控制軟材料非常困難，” Pikul說(shuō)。“如果我用軟的東西建造，我該如何控制它使其有用呢?這就是我們試圖解決的問(wèn)題。”
為了回答這個(gè)問(wèn)題，Pikul和他的團隊一直專(zhuān)注于理解這種新的軟機器人方法的基礎。醫療保健應用并未立即受到關(guān)注。Pikul的團隊包括賓夕法尼亞大學(xué)的 機械工程與應用力學(xué)助理教授Michael Posa，以及 GRASP實(shí)驗室主任兼機械工程與應用力學(xué)教授Mark Yim。在賓夕法尼亞州以外， 科羅拉多大學(xué)博爾德分?；瘜W(xué)與生物工程學(xué)教授，聚合物工程專(zhuān)家Ryan Hayward以及錫拉丘茲大學(xué)物理學(xué)教授，幾何學(xué)專(zhuān)家Chris Santangelo加入了該小組 。
但與任某的對話(huà)后，Pikul滿(mǎn)足 帕姆Cacchione，在賓夕法尼亞大學(xué)長(cháng)老會(huì )的護士科學(xué)家，羅爾斯頓樓期限主席在老年護理和賓夕法尼亞Geropsychiatric護理副教授。Cacchione和Yim在以前的機器人項目上進(jìn)行了合作，而Cacchione在Pikul的軟機器人技術(shù)上也有可能的應用：便攜式的座椅升降器，可幫助上下輪椅的老年人。Cacchione在職業(yè)生涯的大部分時(shí)間里一直與老年人一起工作，她作為護士的多年經(jīng)驗表明她渴望將先進(jìn)的機器人技術(shù)引入醫療保健領(lǐng)域。
皮庫(Pikul)喜歡這個(gè)主意，并開(kāi)始與Cacchione合作，以增加NSF撥款的影響。他們共同努力，通過(guò)將便攜式座椅升降設計作為醫院病床可充氣機器人墊的初始原型，進(jìn)一步擴展了他們的想法，該墊可幫助護士移動(dòng)和翻轉患者。這種干預將防止患者產(chǎn)生 壓力 傷害和減輕護士的壓力，護士常常被迫用手移動(dòng)患者并在此過(guò)程中受傷。壓力傷害是危險的，并且是由于長(cháng)時(shí)間對身體的一部分造成壓力，尤其是在腳跟，腳踝，臀部和尾骨等骨質(zhì)區域。當患者無(wú)法活動(dòng)時(shí)，他們很容易遭受壓力傷害，這需要護士每隔幾個(gè)小時(shí)重新安置患者一次。護士和醫護人員的這種反復疲勞會(huì )加重嚴重的肌肉骨骼傷害，使整個(gè)職業(yè)生涯惡化。
“護士的受傷是個(gè)大問(wèn)題，”皮庫爾說(shuō)。“由于很難轉移患者，許多高素質(zhì)的護士會(huì )提早離開(kāi)該行業(yè)。而且，當護士離開(kāi)現場(chǎng)時(shí)，留下來(lái)的護士的負擔增加了，整個(gè)周期繼續進(jìn)行。”
美國護士協(xié)會(huì )進(jìn)行的一項 調查發(fā)現，護士的56%的肌肉骨骼疼痛是由他們的日常工作引起或加劇的，其中42%的人報告在12個(gè)月內至少受傷一次，而52%的人報告慢性背痛。建議護士在移動(dòng)患者時(shí)使用醫院技術(shù)來(lái)減輕壓力，例如 機械式患者移位機，吊裝式移位機和側移輔助裝置。盡管有這些干預措施，Pikul發(fā)現仍有 12%的護士 由于患者受傷而離開(kāi)現場(chǎng)。
賓夕法尼亞大學(xué)醫院血液學(xué)和腫瘤學(xué)病房的護士，醫院安全病人處理委員會(huì )成員尼娜·索利斯(Nina Solis)說(shuō)：“這并不總是很大的傷害。” “如果您正在協(xié)助患者坐在椅子上，而他們卻將重物放在您身上，那么您可能不會(huì )因此受到嚴重傷害，但是隨著(zhù)時(shí)間的推移，反復的勞累和較小的傷害可能會(huì )加重病情并導致重大問(wèn)題。”
“除此之外，手動(dòng)移動(dòng)患者的方法非常具有侵入性，” Solis補充說(shuō)。“通常，完整的患者-根本無(wú)法動(dòng)彈的患者-并不完全了解為什么要動(dòng)彈。他們感到焦慮和不舒服，有時(shí)人們拒絕搬家。我認為，如果有一種技術(shù)可以使患者更謹慎地移動(dòng)，那么患者自身將更加放松并得到更多的休息。”
Pikul的技術(shù)也有可能提高患者的舒適度。“考慮一下，”皮庫爾補充道，“醫院的病床已經(jīng)是一個(gè)機器人了。它彎曲成不同的形狀，并具有監視生命體征的傳感器。它們已經(jīng)是復雜的系統，它們在移動(dòng)人員方面很不利。我們想解決這個(gè)問(wèn)題。”
Cacchione對Penn Engineering和Penn Nursing之間的合作以及他們共同研究的潛力感到興奮。
Cacchione說(shuō)：“與Penn Engineering的合作真的很有趣，我非常喜歡它。” “護理與工程學(xué)院之間有著(zhù)巨大的協(xié)同作用，因為護理學(xué)?？梢越佑|到患者和臨床想法。我們正在共同努力，將工程構想概念化，并將其應用于對患者有意義的事物。”
“這個(gè)項目也涉及教育。”皮庫爾說(shuō)。“希望，護理與工程學(xué)之間的互動(dòng)將使護士對現代醫療保健中機器人技術(shù)的能力有所贊賞，并使機器人專(zhuān)家對與人合作的挑戰感到贊賞。”
皮庫爾(Pikul)通過(guò)國家科學(xué)基金會(huì )(National Science Foundation)資助的研究，為軟機器人技術(shù)奠定了基礎，這是一個(gè)創(chuàng )新領(lǐng)域，將有助于創(chuàng )造機器人的未來(lái)。Pikul希望制造出可以安全地與人類(lèi)緊密接觸的機器人，并將在日常生活中為機器人開(kāi)辟新的工作崗位。如果他能做到這一點(diǎn)，那么據我們所知，機器人將永遠改變，因為它們將從工廠(chǎng)車(chē)間的工業(yè)機器轉移到涉及人類(lèi)健康，家庭和護理各個(gè)方面的先進(jìn)技術(shù)。
“與機器人的安全交互將是未來(lái)的工作，” Pikul說(shuō)。“越來(lái)越多的我們將被技術(shù)包圍和協(xié)助，我們希望確保我們在不危害人類(lèi)的環(huán)境中做到這一點(diǎn)。最終，我們希望人們使用這些機器人，以使它們有所作為并改善人們的生活。”