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醫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，機器人學家不僅對更快，更強大或更精確地進行設計感興趣，而且還對他們的栩栩如生，友好和親密聯系感興趣。近年來，“硬”機器人技術已取得了巨大進步，“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，因此非常適合工業工作。通常，在這些設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（如護理或醫療保健）呢？如果研究人員能夠開發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域，以全新的方式改善日常生活。這就是軟機器人技術的來歷。機械工程和應用力學助理教授James Pikul研究軟機器人技術，這是一個新興領域，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。這些軟機器人從平板開始，然后轉變為精確的形狀以執行任務。他們的目標是：創建可充氣的機器人墊，將其放置在醫院病床上，并用于移動患者。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化為偽裝進入周圍的環境。康奈爾大學的他和他的同事開發了一種受此功能啟發的軟機器人系統。現在，他正在擴展這項技術。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。醫療保健應用并未立即受到關注。Pikul的團隊包括賓夕法尼亞大學的機械工程與應用力學助理教授Michael Posa，以及 GRASP實驗室主任兼機械工程與應用力學教授Mark Yim。在賓夕法尼亞州以外，科羅拉多大學博爾德分校化學與生物工程學教授，聚合物工程專家Ryan Hayward以及錫拉丘茲大學物理學教授，幾何學專家Chris Santangelo加入了該小組。但與任某的對話后，Pikul滿足帕姆Cacchione，在賓夕法尼亞大學長老會的護士科學家，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驗表明她渴望將先進的機器人技術引入醫療保健領域。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計作為醫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患者。這種干預將防止患者產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，臀部和尾骨等骨質區域。當患者無法活動時，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。護士和醫護人員的這種反復疲勞會加重嚴重的肌肉骨骼傷害，使整個職業生涯惡化。 “護士的受傷是個大問題，”皮庫爾說。“由于很難轉移患者，許多高素質的護士會提早離開該行業。而且，當護士離開現場時，留下來的護士的負擔增加了，整個周期繼續進行。” 美國護士協會進行的一項調查發現，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。建議護士在移動患者時使用醫院技術來減輕壓力，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發現仍有 12%的護士由于患者受傷而離開現場。賓夕法尼亞大學醫院血液學和腫瘤學病房的護士，醫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重傷害，但是隨著時間的推移，反復的勞累和較小的傷害可能會加重病情并導致重大問題。” “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。我認為，如果有一種技術可以使患者更謹慎地移動，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，“醫院的病床已經是一個機器人了。它彎曲成不同的形狀，并具有監視生命體征的傳感器。它們已經是復雜的系統，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。” “護理與工程學院之間有著巨大的協同作用，因為護理學校可以接觸到患者和臨床想法。我們正在共同努力，將工程構想概念化，并將其應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，護理與工程學之間的互動將使護士對現代醫療保健中機器人技術的能力有所贊賞，并使機器人專家對與人合作的挑戰感到贊賞。” 皮庫爾（Pikul）通過國家科學基金會（NaTIonal Science FoundaTIon）資助的研究，為軟機器人技術奠定了基礎，這是一個創新領域，將有助于創造機器人的未來。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機器轉移到涉及人類健康，家庭和護理各個方面的先進技術。 “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包圍和協助，我們希望確保我們在不危害人類的環境中做到這一點。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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