comportamentală

Domeniul roboticii epigenetice sau de dezvoltare este o nouă zonă interdisciplinară la răscrucea dezvoltării copilului și a roboticii (1, 2). Obiectivele din acest domeniu includ utilizarea roboților în tratamentul copiilor, utilizarea roboților în modelarea dezvoltării tipice și atipice a copiilor și crearea unor roboți mai buni. Robotica epigenetică este gata să contribuie semnificativ la înțelegerea dezvoltării copilului. Un domeniu cheie al cercetării robotice epigenetice este studiul dezvoltării pe termen lung sau ceea ce se numește dezvoltare deschisă (3), apariție continuă (4) sau dezvoltare mentală autonomă (5). Oferind cunoștințe despre mecanismele proceselor de dezvoltare, robotica epigenetică poate contribui la înțelegerea dezvoltării unui copil în moduri interdisciplinare. Scopul acestei scurte recenzii este de a ilustra ce trebuie să ofere robotica epigenetică în domeniul pediatriei și, de asemenea, să ia în considerare ce poate oferi pediatria robotică epigenetică. Luăm în considerare două domenii în care robotica epigenetică poate contribui la pediatrie în dezvoltare: utilizarea roboților în tratamentul și modelarea dezvoltării tipice și atipice a copiilor.

ROBOTI ÎN TERAPIE

Domeniul de aplicare al roboticii epigenetice este utilizarea roboților în tratamentul copiilor la care acești copii au deficite cognitive, cum ar fi autismul (6, 7). Beneficiile utilizării roboților în unele forme de tratament pentru acești copii includ, probabil, o interacțiune socială mai puțin amenințătoare în comparație cu oamenii și controlul asupra complexității interacțiunilor dintre copil și partenerul social (6). Una dintre strategiile utilizate în această cercetare este utilizarea roboților relativ simpli. De exemplu, un studiu a analizat „dacă un robot mobil ar putea fi

previzibile, atractive și simple, facilitează interacțiunea unul cu celălalt, cum ar fi imitația ”(8). Acest studiu a constatat o oarecare îmbunătățire a atenției comune atunci când copiii autiști au interacționat cu roboți, spre deosebire de interacțiunile umane. Un alt grup de oameni de știință a folosit un robot relativ simplu pentru a interacționa cu copii cu un spectru de autism și alte tulburări (9). Acești cercetători au monitorizat interacțiunea copiilor individuali cu roboții pe perioade mai lungi de timp (de exemplu, până la 2,5 ani). Figura 1 prezintă robotul utilizat în acest studiu. În aceste studii au fost folosiți roboți parțial autonomi cu telecomandă (8, 9). Tehnicile robotice permit, de asemenea, crearea de înregistrări video și înregistrări audio ale interacțiunilor cu copiii din punctul de vedere al roboților. Aceste înregistrări pot fi utile terapeuților în elaborarea planurilor de tratament.

Robot „Keepon” utilizat în terapia autistă cu copii. Retipărit de Kozima K și Nakagawa C, roboți interactive ca mediatori ai dezvoltării sociale a copiilor. În: Kordic V, Lazinica A, Merden M (Eds) Mobile Robotics: Towards New Applications, Advanced Robotics Systems, cu acordul autorilor.

Imagine la dimensiune completă

O altă strategie pentru cercetarea roboților ca agenți terapeutici cu copiii este utilizarea roboților care au o formă mai asemănătoare cu oamenii. În timp ce complexitatea fizică a unui robot va fi atunci similară cu cea a unui om, complexitatea comportamentului (de exemplu, predictibilitatea unui robot) poate fi totuși simplificată în comparație cu un om. De exemplu, un proiect (10, 11) a folosit un robot umanoid care era similar cu un cap uman și a fost capabil să exprime și să moduleze expresiile faciale reprezentând șase emoții de bază (de exemplu, fericire, tristețe). Acești oameni de știință au folosit și acest robot pentru a trata autismul. Descoperirile preliminare sugerează că un copil autist nu a considerat un robot amenințător sau surprinzător (10) și că copiii autiști interacționează social cu un robot imitând și atrăgând atenția altei persoane asupra robotului (11).

ROBOTII CA MODELE DE DEZVOLTARE TIPICĂ ȘI ATIPICĂ A COPIILOR

Robotica epigenetică presupune și crearea de modele pentru diverse fenomene de dezvoltare. Încorporând senzori și/sau motoare, adică având un corp, roboții epigenetici se bazează pe ipoteza că corpurile și interacțiunea senzorimotorie cu lumea influențează dezvoltarea (12). De exemplu, s-a emis ipoteza că acuitatea vizuală limitată a copiilor mici poate servi de fapt la învățare (13). Modelele computaționale cu intrări senzoriale vizuale au fost utile pentru a ilustra validitatea acestei ipoteze (14, 15). În mod similar, s-a emis ipoteza că copiii pot învăța aspecte despre gestionarea motorului prin eliberarea treptată a numărului de grade de libertate pe care le folosesc în timp (16). Roboții care interacționează cu medii fizice au fost folosiți pentru a testa această ipoteză (17, 18, 19).

Sunt prezentate și modele robotice pentru dezvoltarea abilităților sociale și lingvistice. De exemplu, un proiect (20) a implementat aspecte ale teoriei mecanismului minții (21) într-un sistem robotizat. Pe scurt, robotul („Cog”) era un robot umanoid al trunchiului superior (inclusiv brațele, trunchiul, capul și gâtul) și avea un sistem de atenție vizuală, detectând ochii și fețele, și distingând mișcările animate de cele neînsuflețite (22 ). Sistemele robotice pot prezenta, de asemenea, aspecte ale atenției comune atunci când copilul și îngrijitorul împărtășesc atenția asupra subiectului. De exemplu, un robot a învățat să folosească direcția umană a ochilor și a ochilor pentru a se întoarce corect și a privi un obiect interesant (23). Sunt programate sisteme suplimentare pentru a învăța să imite gesturile faciale (24) și pentru a învăța să asocieze cuvintele la obiecte și acțiuni (25).

De asemenea, este posibilă modelarea dezvoltării atipice utilizând robotica epigenetică. Spre deosebire de modelele animale, nu avem interdicții etice privind schimbarea componentelor interne sau a mediului extern al robotului. De exemplu, dacă un robot are mai multe modalități senzoriale (de exemplu, vedere, audiție și atingere), una dintre aceste modalități poate fi eliminată sau dezactivată pentru a modela afectarea senzorială și dezvoltarea ulterioară. Această zonă este pregătită pentru noi cercetări în domeniul roboticii epigenetice. Diverse abilități de bază au fost demonstrate la roboți, cum ar fi utilizarea stimulilor vizuali și acustici (26) și a senzațiilor tactile (27), iar oamenii de știință încep să aplice aceste abilități de bază la sisteme care ar putea modela dezvoltarea atipică.

S-au făcut unele progrese în modelele de dezvoltare atipică către un model robotizat al tulburării de hiperactivitate cu deficit de atenție (ADHD) (28). În propriile noastre cercetări, am început să folosim tehnici de analiză a stimulilor orientate pe senzori în studiile percepției auditiv-vizuale a nou-născuților și a sugarilor prematuri. De exemplu, experimentele cu sugari arată că bebelușii prematuri au o capacitate afectată de a detecta sincronizarea între declarațiile vorbite la adulți și mișcările mâinilor din cauza condițiilor complete (29). Folosind aceiași stimuli ca și pentru sugarii prematuri, am arătat că performanța sugarului în toate perioadele este în general consecventă cu modelul de calcul al detectării sincronizării audiovizuale (date nepublicate). Înainte de a încheia concluzia, este important să rețineți că nu au fost prezentate modele de calcul robotizate ale aspectelor dezvoltării tipice și atipice ale unui copil (30). De exemplu, un model non-robot a simulat urmărirea copiilor cu autism și sindrom Williams (31). Modelele robotice, spre deosebire de modelele non-robotice, au o putere specială atunci când problemele senzori-motorii și/sau interacțiunile fizice ale lumii sunt vitale pentru ipoteza studiată.