Полето на епигенетичната роботика или робототехниката за развитие е нова интердисциплинарна област на кръстопътя на детското развитие и роботиката (1, 2). Целите в тази област включват използването на роботи при лечението на деца, използването на роботи при моделирането на типичното и нетипично развитие на децата и създаването на по-добри роботи. Епигенетичната роботика е готова да допринесе значително за разбирането на развитието на детето. Ключова област на изследванията на епигенетичната роботика е изучаването на развитието в дългосрочен план, или това, което се нарича отворено развитие (3), продължаваща поява (4) или автономно психическо развитие (5). Предоставяйки знания за механизмите на процесите на развитие, епигенетичната роботика може да допринесе за нашето разбиране за развитието на детето по същество интердисциплинарни начини. Целта на този кратък преглед е да илюстрира какво трябва да предлага епигенетичната роботика в областта на педиатрията, както и да разгледа какво може да предложи педиатрията на епигенетичната роботика. Ние разглеждаме две области, в които епигенетичната роботика може да допринесе за педиатрията за развитие: използването на роботи при лечението и моделирането на типично и нетипично развитие на децата.
РОБОТИ В ТЕРАПИЯ
Областта на приложение на епигенетичната роботика е използването на роботи при лечението на деца, при които тези деца имат когнитивни дефицити, като аутизъм (6, 7). Ползите от използването на роботи в някои форми на лечение за тези деца включват може би по-малко застрашаващо социално взаимодействие в сравнение с хората и контрол върху сложността на взаимодействията между детето и социалния партньор (6). Една от стратегиите, използвани в това изследване, е да се използват относително прости роботи. Например едно проучване разглежда „дали може да бъде мобилен робот
предсказуеми, привлекателни и прости, те улесняват взаимодействието помежду си, като имитация “(8). Това проучване установи известно подобрение в споделеното внимание, когато децата аутисти взаимодействат с роботи, за разлика от човешките взаимодействия. Друга група учени са използвали сравнително прост робот за взаимодействие с деца със спектър от аутизъм и други разстройства (9). Тези изследователи наблюдават взаимодействието на отделни деца с роботи за по-дълги периоди от време (например до 2,5 години). Фигура 1 показва робота, използван в това проучване. В тези проучвания са използвани частично автономни роботи с дистанционно управление (8, 9). Роботизираните техники също позволяват да се създават видеозаписи и аудио записи на взаимодействия с деца от гледна точка на роботите. Тези записи могат да бъдат полезни за терапевтите при разработването на планове за лечение.
Робот "Keepon", използван при аутистична терапия с деца. Препечатано от Kozima K и Nakagawa C, интерактивни роботи като посредници в социалното развитие на децата. В: Kordic V, Lazinica A, Merden M (Eds) Mobile Robotics: Towards New Applications, Advanced Robotics Systems, със съгласието на авторите.
Изображение в пълен размер
Друга стратегия за изследване на роботите като терапевтични агенти с деца е използването на роботи, които са по-близки по форма на хората. Докато физическата сложност на робота тогава ще бъде подобна на тази на човека, сложността на поведението (например предсказуемостта на робота) все още може да бъде опростена в сравнение с човека. Например, един проект (10, 11) използва хуманоиден робот, който е подобен на човешка глава и е в състояние да изрази и модулира изражения на лицето, изобразяващи шест основни емоции (например щастие, тъга). Тези учени също са използвали този робот за лечение на аутизъм. Предварителните констатации сочат, че аутистично дете не смята, че роботът е заплашителен или изненадващ (10) и че децата аутисти взаимодействат социално с робот, като имитират и привличат вниманието на друг човек към робота (11).
РОБОТИ КАТО МОДЕЛИ НА ТИПИЧНО И АТИПИЧНО РАЗВИТИЕ НА ДЕЦАТА
Епигенетичната роботика включва и създаване на модели за различни явления в развитието. Чрез включване на сензори и/или двигатели, т.е. като имат тяло, епигенетичните роботи се основават на хипотезата, че телата и сензомоторното взаимодействие със света влияят върху развитието (12). Например, има хипотеза, че ограничената зрителна острота на малките деца може действително да помогне за ученето (13). Изчислителните модели с визуални сензорни входове са полезни за илюстриране на валидността на тази хипотеза (14, 15). По подобен начин се изказва хипотезата, че децата могат да научат аспекти на управлението на двигателя, като постепенно освобождават броя на степените на свобода, които използват с течение на времето (16). За проверка на тази хипотеза са използвани роботи, взаимодействащи с физическа среда (17, 18, 19).
Представени са и роботизирани модели за развитие на социални и езикови умения. Например, един проект (20) внедри аспекти на теорията на механизма на ума (21) в роботизирана система. Накратко, роботът ("Cog") е хуманоиден робот на горната част на торса (включително ръцете, торса, главата и шията) и има система за визуално внимание, откриваща очи и лица и различавайки анимирани от неодушевени движения (22 ). Роботизираните системи също могат да проявяват аспекти на споделено внимание, когато детето и болногледачът споделят внимание към субекта. Например, един робот се е научил да използва човешката посока на очите и очите, за да се завърти правилно и да погледне интересен обект (23). Програмирани са допълнителни системи, за да се научат да имитират жестове на лицето (24) и да се научат да картографират думите в обекти и действия (25).
Също така е възможно да се моделира нетипично развитие с помощта на епигенетична роботика. За разлика от животинските модели, ние нямаме етични забрани за промяна на вътрешните компоненти или външната среда на робота. Например, ако роботът има няколко сензорни модалности (например зрение, прослушване и докосване), една от тези модалности може да бъде премахната или дезактивирана, за да моделира сензорно увреждане и последващо развитие. Тази област е узряла за нови изследвания в епигенетичната роботика. Различни основни умения са демонстрирани в роботи, като използването на визуални и акустични стимули (26) и тактилни усещания (27), и учените започват да прилагат тези основни умения към системи, които могат да моделират нетипично развитие.
Постигнат е известен напредък в модели на нетипично развитие към роботизиран модел на разстройство с хиперактивност с дефицит на вниманието (ADHD) (28). В нашето собствено изследване ние започнахме да използваме техники за анализ на стимула, ориентирани към сензора, при изследвания на слухово-зрителното възприятие на новородени и недоносени деца. Например, експериментите с кърмачета показват, че недоносените бебета имат нарушена способност да откриват синхронизация между изречените изявления на възрастни и движенията на ръцете поради пълни условия (29). Използвайки същите стимули като за недоносените бебета, ние показахме, че производителността на бебето през всички периоди обикновено е в съответствие с изчислителния модел на откриване на аудиовизуална синхронизация (непубликувани данни). Преди заключението е важно да се отбележи, че роботизирани изчислителни модели на аспекти на типичното и нетипично развитие на детето не са представени (30). Например, не-роботизиран модел симулира проследяване на деца с аутизъм и синдром на Уилямс (31). Роботизираните модели, за разлика от не-роботизираните модели, имат специална сила, когато сензомоторните проблеми и/или взаимодействията на физическия свят са жизненоважни за изследваната хипотеза.