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醫(yī)院病床變成充氣機器人與機器人的安全交互將

隨著旨在迎合客戶，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行設(shè)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，“硬”機器人技術(shù)已取得了巨大進步，“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(shè)置中使用機器人來保護人類免受潛在危險的工作條件的侵害。對于工廠和倉庫來說，這是一個明智的解決方案，但是對于人來說，工作本身更不可或缺的工作（如護理或醫(yī)療保健）呢？如果研究人員能夠開發(fā)與人類交互時像人類彼此交互時一樣仔細的機器人，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)的來歷。機械工程和應(yīng)用力學(xué)助理教授James Pikul研究軟機器人技術(shù)，這是一個新興領(lǐng)域，旨在構(gòu)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變形的材料，以減少撞擊，擠壓或以其他方式傷害與其互動的同等柔軟物體（例如人體）的機會。 2019年9月，皮庫爾（Pikul）和他的團隊從美國國家科學(xué)基金會（National Science FoundaTIon）獲得了200萬美元的資助，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始，然后轉(zhuǎn)變?yōu)榫_的形狀以執(zhí)行任務(wù)。他們的目標(biāo)是：創(chuàng)建可充氣的機器人墊，將其放置在醫(yī)院病床上，并用于移動患者。此應(yīng)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(yī)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著眼于自然。皮庫爾研究了章魚（一種完全柔軟的有機體），以及章魚如何將皮膚的紋理轉(zhuǎn)化為偽裝進入周圍的環(huán)境。康奈爾大學(xué)的他和他的同事開發(fā)了一種受此功能啟發(fā)的軟機器人系統(tǒng)。現(xiàn)在，他正在擴展這項技術(shù)。Pikul想到的軟機器人不僅會改變外觀，還可以安全地搬運和移動患者。 “這里的挑戰(zhàn)是控制軟材料非常困難，” Pikul說。“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題。” 為了回答這個問題，Pikul和他的團隊一直專注于理解這種新的軟機器人方法的基礎(chǔ)。醫(yī)療保健應(yīng)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(yīng)用力學(xué)助理教授Michael Posa，以及 GRASP實驗室主任兼機械工程與應(yīng)用力學(xué)教授Mark Yim。在賓夕法尼亞州以外，科羅拉多大學(xué)博爾德分校化學(xué)與生物工程學(xué)教授，聚合物工程專家Ryan Hayward以及錫拉丘茲大學(xué)物理學(xué)教授，幾何學(xué)專家Chris Santangelo加入了該小組。但與任某的對話后，Pikul滿足帕姆Cacchione，在賓夕法尼亞大學(xué)長老會的護士科學(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行了合作，而Cacchione在Pikul的軟機器人技術(shù)上也有可能的應(yīng)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的機器人技術(shù)引入醫(yī)療保健領(lǐng)域。皮庫（Pikul）喜歡這個主意，并開始與Cacchione合作，以增加NSF撥款的影響。他們共同努力，通過將便攜式座椅升降設(shè)計作為醫(yī)院病床可充氣機器人墊的初始原型，進一步擴展了他們的想法，該墊可幫助護士移動和翻轉(zhuǎn)患者。這種干預(yù)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患者并在此過程中受傷。壓力傷害是危險的，并且是由于長時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(qū)域。當(dāng)患者無法活動時，他們很容易遭受壓力傷害，這需要護士每隔幾個小時重新安置患者一次。護士和醫(yī)護人員的這種反復(fù)疲勞會加重嚴(yán)重的肌肉骨骼傷害，使整個職業(yè)生涯惡化。 “護士的受傷是個大問題，”皮庫爾說。“由于很難轉(zhuǎn)移患者，許多高素質(zhì)的護士會提早離開該行業(yè)。而且，當(dāng)護士離開現(xiàn)場時，留下來的護士的負(fù)擔(dān)增加了，整個周期繼續(xù)進行。” 美國護士協(xié)會進行的一項調(diào)查發(fā)現(xiàn)，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個月內(nèi)至少受傷一次，而52%的人報告慢性背痛。建議護士在移動患者時使用醫(yī)院技術(shù)來減輕壓力，例如機械式患者移位機，吊裝式移位機和側(cè)移輔助裝置。盡管有這些干預(yù)措施，Pikul發(fā)現(xiàn)仍有 12%的護士由于患者受傷而離開現(xiàn)場。賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)院血液學(xué)和腫瘤學(xué)病房的護士，醫(yī)院安全病人處理委員會成員尼娜·索利斯（Nina Solis）說：“這并不總是一個大的傷害。” “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，那么您可能不會因此受到嚴(yán)重傷害，但是隨著時間的推移，反復(fù)的勞累和較小的傷害可能會加重病情并導(dǎo)致重大問題。” “除此之外，手動移動患者的方法非常具有侵入性，” Solis補充說。“通常，完整的患者-根本無法動彈的患者-并不完全了解為什么要動彈。他們感到焦慮和不舒服，有時人們拒絕搬家。我認(rèn)為，如果有一種技術(shù)可以使患者更謹(jǐn)慎地移動，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(yī)院的病床已經(jīng)是一個機器人了。它彎曲成不同的形狀，并具有監(jiān)視生命體征的傳感器。它們已經(jīng)是復(fù)雜的系統(tǒng)，它們在移動人員方面很不利。我們想解決這個問題。” 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：“與Penn Engineering的合作真的很有趣，我非常喜歡它。” “護理與工程學(xué)院之間有著巨大的協(xié)同作用，因為護理學(xué)校可以接觸到患者和臨床想法。我們正在共同努力，將工程構(gòu)想概念化，并將其應(yīng)用于對患者有意義的事物。” “這個項目也涉及教育。”皮庫爾說。“希望，護理與工程學(xué)之間的互動將使護士對現(xiàn)代醫(yī)療保健中機器人技術(shù)的能力有所贊賞，并使機器人專家對與人合作的挑戰(zhàn)感到贊賞。” 皮庫爾（Pikul）通過國家科學(xué)基金會（NaTIonal Science FoundaTIon）資助的研究，為軟機器人技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，這是一個創(chuàng)新領(lǐng)域，將有助于創(chuàng)造機器人的未來。Pikul希望制造出可以安全地與人類緊密接觸的機器人，并將在日常生活中為機器人開辟新的工作崗位。如果他能做到這一點，那么據(jù)我們所知，機器人將永遠改變，因為它們將從工廠車間的工業(yè)機器轉(zhuǎn)移到涉及人類健康，家庭和護理各個方面的先進技術(shù)。 “與機器人的安全交互將是未來的工作，” Pikul說。“越來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的環(huán)境中做到這一點。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。”

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