選自Science Robotics

作者：Maja J. Matari?等

機器之心編譯

參與：微胖

圖：社交輔助機器人的例子

機器人發(fā)展的驅動力是對自動化人類工作的渴望。將機器人應用到人類工作中的討論一直持續(xù)著。不過，這些討論多半關注經(jīng)濟影響。然而，機器人對人類健康也產(chǎn)生著重要影響。有關人類壽命以及恢復能力的科學研究表明，對于健康幸福來說，想要保持身體和認知活力的驅動力十分重要。人們也認識到精神問題，包括抑郁和社交隔離正變得越來越多。

從手術到遠程醫(yī)療，機器人正在改善醫(yī)療健康的準確性、持續(xù)一致性、安全性以及普及性。過去十五年中，機器人已經(jīng)開始進入一個新領域：越來越多的行為科學以及神經(jīng)科學證實，與和屏幕交互相比，人類更喜歡和具有身體外形的具身共現(xiàn)智能體 （ physically embodied copresent agents ），比如，其他人、寵物以及機器人互動。而且，在這一語境下，人類更容易變積極，改變行為，也更愿意學習。因此，機器人不僅分擔人類的體力活兒，還能促進人類社交互動：鼓勵人們做自己的事情。

社交輔助機器人（SAR）關注研發(fā)促進智力發(fā)育、社交互動類型的機器人，這類機器人提供的是社交輔助而不是身體支持，它們也是康復機器人的補充。不過，與康復機器人相反，SAR 不是觸摸型的，而是用非接觸方法進行監(jiān)督、訓練以及陪伴。比如，一款 SAR 中風患者康復教練會通過演示的方式為患者提供訓練挑戰(zhàn)；監(jiān)督患者運動；提供訓練質(zhì)量反饋以及需要改善的地方。鼓勵并敦促患者再接再勵。

SAR 系統(tǒng)已經(jīng)被用于頗有挑戰(zhàn)性的健康護理情境——包括中風恢復，獨孤癥行為治療、精神健康護理、老年癡呆癥等，還包括健康老年人的護理——也被用于積極探索提高兒童教育以及其他訓練場景。所有這些應用場景都需要專注的、一對一、日常和時間延續(xù)的互動。SAR 并非要取代稀缺的人類護理人員，而是要走進人類無法提供服務的領域以及增強人類現(xiàn)有的工作。

人類增強放大并提高了人類工作能力。該領域包括許多技術，比如假肢、矯正技術以及取代缺失功能的物理復制設備；延伸身體功能的外部骨骼；填補或補充人類能力、與人類一同工作的協(xié)作系統(tǒng)；還有監(jiān)督以及促進人類工作的社交輔助機器人。遠程操作設備能夠讓遠距離操作成為可能，也能讓干工作更加精確。

不過，與其他人類增強領域相反，SAR 需要與用戶進行社交，而不是身體上的互動。社會互動很復雜；演化理論表明，復雜的社會結構是人類智力發(fā)育的主要驅動力。SAR 設計人員必須確定實現(xiàn)類似社交互動系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)能夠無縫融合機器人的身體、認知以及社交面向。這些組成部分的不一致性以及用戶的高期待很重要，也是一種明顯系統(tǒng)失敗：用戶拒絕的主要原因。恐怖谷的理論就是這類失敗的例子。

另外，回應社交伙伴的時點也一個巨大挑戰(zhàn)；SAR 系統(tǒng)必須在社交時間尺度內(nèi)運行，這既是個性化的，也是語境下的；回復太慢或太快或總是重復會打斷社交動態(tài)過程。時點難題也被應用到身體（動作，姿勢和面部表情）以及非身體（語言或非語言的語音化）溝通形態(tài)及其時間協(xié)調(diào)上。

具身化交流（ Embodied communication）是一個開放的研究領域：面部表情、頭轉動的方向、注視、身體姿勢以及方向還有手勢等這些所謂的非正式渠道微妙之處，都傳達著更多的信息，勝過口頭語言?？捎^察性也是一個難題：有效的社交互動不僅包括理解用戶可觀察到的行為（比如行動，面部表情），也包括解釋用戶的情緒，感情狀態(tài)以及意圖等。

最后，互動的個性化以及適應性都是必須的：用戶的具體的社交行為、行為模式、驅動力以及對新奇性、變化或持續(xù)性的偏好都是不同的。SAR 系統(tǒng)必須能察覺到這些并根據(jù)個體不同，迅速準確地進行調(diào)適，如果這些系統(tǒng)想要被用戶接受并繼續(xù)有效的話。

這一領域發(fā)展需要機器人學家和社會學專家、認知科學家、發(fā)展學科學家以及其他相關領域的專家合作，比如中風、孤獨癥、早教等。也需要將信號處理、機器學習、自然語言處理以及其他人機交互計算領域的專家團結起來。正如其他健康研究領域，該領域也需要滿足隱私規(guī)則并為日益壯大社區(qū)所共享的大型數(shù)據(jù)集，讓該領域的研究超越當前的小型、軼事一般的用戶研究方式。最后，我們?nèi)匀恍枰粋€互動、安全以及經(jīng)濟的機器人平臺用于更加廣泛地研究 SAR 以及人與機器人的交互。當前的平臺非常缺乏用于解決上述研究難題的物理特性。

不同年齡階段對有效、可愛的以及個性化護理的需求日益增長，這也驅動著旨在人類增強的機器人越來越多，而且這一驅動力仍然沒有得以好好開發(fā)。我們很容易設想出如何將這些系統(tǒng)用于監(jiān)管以及協(xié)助兒童的身體、認知以及社會性的發(fā)育；輔助腦創(chuàng)傷后的康復；中風后的復原；緩和帕金森等其他神經(jīng)退行性條件等。SAR 以及其他人類形式的人類增強技術會是自動化的有利補充，也代表了可能給人類帶來重大影響的廣泛研究挑戰(zhàn)。

這期子刊的第二篇焦點文章關注了醫(yī)療機器人的自動化分級問題。

從微創(chuàng)、靶向治療到應急響應、假肢和家庭助理等，醫(yī)療機器人已經(jīng)成為醫(yī)療設備領域增長最快的一部分。我們需要根據(jù)醫(yī)療機器人不同自動化程度以及適用背景，認真對其進行管理、道德以及法律上的規(guī)制。在自動駕駛領域，我們已經(jīng)定義了不同汽車自動程度，然而，醫(yī)療機器人這方面卻是空白。在這篇短文中，作者對醫(yī)療機器人的自動化程度進行了定義，為進一步討論提供了一個可能的框架。

文章將不同自動化程度分為五級：

0 級：無自動化。位于這一水平的醫(yī)療機器人包括遠程操作機器人、能遵循患者要求的假肢設備。不具備行動擴展（motion scaling）的手術機器人也屬于這一類，因為其輸出代表的是外科醫(yī)生想要它執(zhí)行的動作。

1級：機器人輔助。任務期間，提供一些機器指導或輔助，人類需要持續(xù)控制該系統(tǒng)。例子：帶有虛擬夾具的手術機器人以及帶有平衡控制的下肢假體設備。

2級：任務自動化。與1級不同的是操作者斷斷續(xù)續(xù)而不是持續(xù)控制系統(tǒng)。比如，手術縫合——指出哪里要縫合，機器人就自動進行縫合，醫(yī)生只用監(jiān)管，僅在需要時進行干預。

3級：條件自動化。一個可以生成任務策略類別的系統(tǒng)，不過，還需要人類從中進行選擇，或者批準系統(tǒng)自動挑選出來的策略。無需密切注意，這類手術機器人就能完成任務。比如，一個活動的下肢假體設備能夠自動感受到穿戴者想要移動手臂的想法。

4級：高度自動化。機器人可以做出醫(yī)療決策，不過是在合格醫(yī)生的指導下。手術中，這類機器人就類似機器人住院醫(yī)生，在主治醫(yī)生的指導下進行外科手術。

5級：完全自動化（不需要人類）。亦即所謂的「機器人手術」，機器人完成整個手術，一個普通醫(yī)生可以完成的所有手術過程都可以由這個系統(tǒng)完成。不過，目前這一水平機器人只存在于科幻中。全自動化機器人需要復制專家醫(yī)生的感知運動技能。

隨著自動化水平的遞升，管制面臨的挑戰(zhàn)也越大。

在美國，F(xiàn)DA 對機器人輔助設備的審批會走 501（k），未來，一些醫(yī)療機器人會被歸類為高風險設備（3級）就要走最為嚴厲的PMA 審批渠道。兩者區(qū)別非常明顯。不僅金錢上后者花費更多，在通過時間上，后者也更長。劃歸類別不同，對創(chuàng)新、競爭、研發(fā)，特別是初創(chuàng)企業(yè)來說，影響很大。

4級、5級的醫(yī)療機器人，就不僅僅是醫(yī)療設備了，而是一種實踐性醫(yī)療。FDA 并不負責管制這一類別的醫(yī)療行為，它們只能留待其他社會部門來管理。

另外，需要注意的是，應用場景不同，自動化水平也會有差異。比如，家庭輔助機器人的3級，與手術機器人的3級，會面臨不同的技術難題，管制方面也不同。這也是醫(yī)療機器人不同于自動駕駛汽車的重要方面，后者的使用環(huán)境、完成的任務、技術以及風險都是很有限的。

目前，一些醫(yī)療設備已經(jīng)處在3級水平，因此，隨著將這些機器人設備用于更加復雜的過程和環(huán)境，挑戰(zhàn)也會變大。1-4級的手術機器人，本質(zhì)上仍然是由手術醫(yī)生來控制的。機器人設備主要是遵照醫(yī)生的命令行事，不過，留給機器執(zhí)行的細節(jié)程度會不同。另外，我們預期，人們也會越來越接受機器人在自動化手術領域的應用，畢竟自動駕駛汽車已經(jīng)開始變得普遍。