Test del c-Walker effettuato nei laboratori di Povo dell'Università di Trento, foto archivio Università di Trento

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USER FRIENDLY ROBOTS TO IMPROVE THE QUALITY OF LIFE OF AGED PEOPLE

The ICT DALi project: a robotic walker with cognitive abilities

22 maggio 2015
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by Luigi Palopoli
Associate Professor of the Department of Information Engineering and Computer Science (DISI) of the University of Trento.

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The population of the advanced countries is ageing. This simple and widely recognised fact has a profound impact on our societies, on our health-care and on our economy.
One of the most evident consequences of ageing is the number of people who report some kind of activity limitations. According to a recent survey, the fraction of EU population reporting physical or mental disabilities is lower than 10% for people under 30, but it increases up to above 50% for males aged 68+ and for females aged 70+. This fraction reaches 70% for females aged 78+ and for males aged 80+. 

The costs of this problem are immense and affect the productivity of individuals, the the quality of their nutrition and of their social relations, and finally of their life. 
Information and communication technologies can be of significant help. As a representative example, many recent research projects have explored the application of robotics for assistance purposes. More often than not, such research activity has concentrated on "anthropomorphic" robot friends, which are supposed to live with their user in their house, monitor their health conditions and even provide served meals or provide help for their housework. This is indeed a fascinating perspective, full of interesting ethical implications and of exciting research challenges.

The main obstacles along the way are connected to the costs of anthropomorphic robots, likely to amount to hundreds of thousands of euros), and the potentially difficult relation that a typical older user may establish with a device grossly resembling a human being, yet not being human.

A different approach is to consider some everyday objects, make them able to sense and reason on the environment taking "informed" decisions, and empower them with robotic abilities to interact with the user at a physical level and guide them if necessary. This approach foresees the opportunity to offer robotic assistance with limited costs. In addition, as long as system intelligence remains adequately hidden, the user does not have the direct perception of using a robot and this could lower the acceptance barriers. 

The ICT DALi project has embraced this vision. In three years of activities the DALi consortium has produced a robotic walker (the c-Walker) with cognitive abilities. The device has the following abilities:

  • decide the best itinerary to reach a location of interest chosen by the user, where by "best" we mean the one that meets the personal requirements of the user and that maximises their safety and comfort;
  • sense the environment in the neighbourhood to detect anomalies which could require a change in the planned itinerary;
  • identify the position of the different humans in the scene and foresee its future evolution, in order to avoid collisions and stressful situations;
  • guide the user along the safe path in a gentle way and yet preserving their liberty of movement.

The device has been developed in the planned time horizon, tested on real users and displayed to the media. Key points of this project are:

  1. the device looks no different from an ordinary walker except for a few technological additions (e.g., a touch screen);
  2. the cost of the device is well below three thousand Euros (a fraction of the cost of robotic companions);
  3. users have constantly been involved throughout the project, from the definition of the initial idea to its final experimental validation.

It is possible to deliver the majority of the device amazing functionalities the device does not operate in isolation. For instance, it can communicate with surveillance cameras located far way, to extract precious information on the environment (e.g., density of people in the different areas, number of people in the queue). When it detects an anomaly, a c-Walker can propagate the information for other walkers to use. All these examples show that the c-Walker can actually be considered as a concrete implementation of the paradigm known as "Internet of Things" (IoT).
This is the research line currently taken by the new H2020 ACANTO project. Robots can be used to observe the behaviour of their users, when they operate in social spaces and extract information about their profiles. Profiles can be combined to form circles of users with compatible interests, to organise joint activities.
In our opinion these robots do not look like robots, they are disguised as everyday objects.. They do not take over tasks from their users, indeed they stimulate their physical and cognitive activity. They do not replace social interactions, they encourage and help them to create communities of users with similar interests and requirements. 


 

La popolazione dei Paesi avanzati sta invecchiando. Questo fatto semplice e ampiamente riconosciuto ha un profondo impatto sulla nostra società, sulla cura della nostra salute e sulla nostra economia.
Una delle conseguenze più evidenti dell’invecchiamento è il numero di persone afflitte da disabilità che vedono ristretto il campo delle loro attività. Secondo un recente sondaggio, la percentuale di popolazione dell'UE che riporta qualche tipo di disabilità fisica o mentale è inferiore al 10% per le persone sotto i 30 anni, ma cresce al di sopra del 50% per i maschi di età superiore ai 68 anni e per le femmine di età superiore ai 70. La percentuale raggiunge il 70% per gli over 70 (donne) e 80 (uomini).

I limiti legati all’età avanzata sono particolarmente gravosi anche nelle attività quotidiane: ne risentono la produttività personale, la qualità dell’alimentazione, le relazioni sociali e, in ultima analisi, la vita stessa delle persone.
Tuttavia, le tecnologie dell'informazione e della comunicazione possono essere di notevole aiuto. Ad esempio, molti progetti di ricerca recenti hanno esplorato l'applicazione della robotica a scopi di assistenza. Il più delle volte, tale attività di ricerca si è concentrata su amici robot “antropomorfi”, che dovrebbero vivere con la persona nella sua casa, monitorarne le condizioni di salute e anche servire pasti o prestare aiuto nelle faccende domestiche. Si tratta di una prospettiva affascinante, ricca di implicazioni etiche e di entusiasmanti sfide per la ricerca.

I principali ostacoli lungo il percorso sono dati dal costo dei robot antropomorfi (che molto probabilmente raggiunge le centinaia di migliaia di euro) e la difficoltà nel relazionarsi con un dispositivo che ha una somiglianza rudimentale con un essere umano, senza esserlo.
Per superare questi limiti la ricerca si è concentrata su alcuni oggetti di uso comune, rendendoli capaci di osservare l'ambiente e ragionare sulle proprie percezioni, perché possano prendere decisioni "informate". Tali sistemi possono essere potenziati con abilità robotiche che permettano di interagire con l'utente a livello fisico e di guidarlo, se necessario. Questo approccio promette di offrire assistenza robotica a costi contenuti. Inoltre, nella misura in cui l’intelligenza di sistema rimane adeguatamente nascosta, l'utente non ha la percezione diretta di usare un robot e questo potrebbe abbassarne le barriere di accettazione.

Il progetto ICT DALi - Devices for Assisted Living ha abbracciato questa visione. In tre anni di attività il consorzio DALi ha prodotto un deambulatore robotico (il c-Walker) con capacità cognitive. Il dispositivo ha varie abilità:

  • decidere il miglior percorso per raggiungere una posizione di interesse a scelta dell'utente, dove per "migliore" si intende quello che soddisfa i suoi requisiti personali e che massimizza la sicurezza e il comfort;
  • esplorare l'ambiente nelle vicinanze per individuare anomalie o pericoli che potrebbero richiedere una modifica del percorso previsto;
  • identificare la posizione delle persone nei dintorni e prevederne i movimenti per evitare collisioni e situazioni di stress;
  • guidare delicatamente l'utente lungo il percorso garantendogli un livello di libertà di movimento compatibile con la sua sicurezza.

Il dispositivo è stato sviluppato nei tempi previsti, sperimentato con utenti reali e presentato ai media. Punti di forza di questo progetto sono la somiglianza del c-Walker a un normale deambulatore (fatta eccezione per alcune aggiunte tecnologiche, come il touch screen) e il costo ridotto del dispositivo (al di sotto dei tremila euro, una frazione del costo dei robot antropomorfi). Inoltre gli utenti finali sono stati costantemente coinvolti nel corso del progetto, dalla definizione dell'idea iniziale al suo collaudo finale.

La maggior parte delle funzionalità del dispositivo sono possibili perché esso non opera in maniera isolata. Ad esempio, il c-Walker può comunicare con telecamere di sorveglianza lontane per raccogliere preziose informazioni sull’ambiente (es. il livello di affollamento dei luoghi attraverso cui l’utente richiede di passare o il numero di persone in coda per i servizi). Quando identifica un'anomalia, un c-Walker può condividere con gli altri deambulatori l’informazione. Tutti questi esempi dimostrano che il c-Walker può effettivamente essere visto come una forma di realizzazione concreta del paradigma noto come "Internet delle cose" (Internet of Things - IoT).
Questa linea di ricerca è attualmente seguita dal nuovo progetto H2020 ACANTO. I robot possono essere utilizzati per osservare il comportamento dei loro utenti quando operano in spazi sociali ed estrarre informazioni sui loro profili. I profili possono essere combinati per formare gruppi di utenti con interessi compatibili per organizzarne le attività.
Per concludere, la nostra ricerca si rivolge allo sviluppo di robot che non sembrano robot, ma hanno l’aspetto di oggetti di uso comune. I nostri “assistenti” non cercano di svolgere le mansioni dei propri utenti, ma ne stimolano l'esercizio fisico e cognitivo. Non si propongono di sostituirsi agli amici e alle relazioni sociali, al contrario incoraggiano a trovarne di nuovi creando comunità di persone con interessi ed esigenze simili.