Social Robots to enhance therapy and interaction for children: From the design to the implementation

Abstract

En les últimes dues dècades els robots socials s'han convertit en un camp emergent en el qual encara hi ha molt per fer. Aquest camp requereix coneixements en mecànica, control, intel·ligència artificial, sistemes, etc., però també en psicologia, disseny, ètica, etc. El nostre grup de recerca de perfil interdisciplinari ha estat treballant en el disseny de robots socials en diferents aplicacions per a nens amb necessitats especials.

L'objectiu d'aquesta tesi és investigar diferents escenaris en teràpia o educació on els robots socials podrien ser una eina útil per als nens. Es van realitzar 4 estudis amb diferents propòsits: (1) dissenyar activitats amb robòtica de LEGO per avaluar el comportament social dels nens amb trastorn de l'espectre autista (TEA) (entre companys i amb adults) i analitzar la seva efectivitat, (2) dissenyar un robot social per recuperar les funcionalitats més afectades a causa de traumatismes cranioencefàlics (TCE) en nens i veure l'eficàcia del tractament, (3) proporcionar un robot mascota per alleujar els sentiments d'ansietat, solitud i estrès en nens hospitalitzats, i (4) comprovar com un robot amb comportament social i amb una personalització versus robots sense aquestes característiques mostra diferències en termes d'interacció amb nens i, per tant, pot ajudar en l'efectivitat de diferents tractaments com hem esmentat anteriorment.

Els resultats van revelar diferents resultats depenent de l'aplicació: (1) efectivitat amb la plataforma robòtica social que vam dissenyar en el tractament neuropsicològic per a aquells nens afectats per TCE, (2) eficàcia amb les activitats de robòtica de LEGO dissenyades per un grup de terapeutes en termes de millora d'habilitats socials (3) un efecte positiu entre els mediadors i facilitadors de la interacció i les relacions entre els diferents agents involucrats en el procés de la cura: pacients hospitalitzats, familiars, voluntaris i personal clínic, i (4) una interacció diferent, en termes de temps, entre els dos grups durant període de dues setmanes.

En las últimas dos décadas los robots sociales se han convertido en un campo emergente en el que todavía hay mucho por hacer. Este campo requiere conocimientos en mecánica, control, inteligencia artificial, sistemas, etc., pero también en psicología, diseño, ética, etc. Nuestro grupo de investigación de perfil interdisciplinar ha estado trabajando en el diseño de robots sociales en diferentes aplicaciones para niños con necesidades especiales.

El objetivo de esta tesis es investigar diferentes escenarios en terapia o educación donde los robots sociales podrían ser una herramienta útil para los niños. Se realizaron 4 estudios con diferentes propósitos: (1) diseñar actividades con robótica de LEGO para evaluar el comportamiento social de los niños con trastorno del espectro autista (TEA) (entre compañeros y con adultos) y analizar su efectividad, (2) diseñar un robot social para recuperar las funcionalidades más afectadas a causa de traumatismos craneoencefálicos (TCE) en niños y ver la eficacia del tratamiento, (3) proporcionar un robot mascota para aliviar los sentimientos de ansiedad, soledad y estrés en niños hospitalizados, y (4) comprobar como un robot con comportamiento social y con una personalización versus robots sin esas características muestra diferencias en términos de interacción con niños y, por tanto, puede ayudar en la efectividad de diferentes tratamientos como mencionamos anteriormente.

Los resultados revelaron diferentes resultados dependiendo de la aplicación: (1) efectividad con la plataforma robótica social que diseñamos en el tratamiento neuropsicológico para aquellos niños afectadas por TCE, (2) eficacia con las actividades de robótica de LEGO diseñadas por un grupo de terapeutas en términos de mejora de habilidades sociales (3) un efecto positivo entre los mediadores y facilitadores de la interacción y las relaciones entre los diferentes agentes involucrados en el proceso del cuidado: pacientes hospitalizados, familiares, voluntarios y personal clínico, y (4) una interacción diferente, en términos de tiempo, entre ambos grupos en el promedio de un período de dos semanas.

Over the past two decades social robots have become an emerging field where there are many things still to work on. This field not only requires knowledge in mechanics, control, artificial intelligence, systems, etc., but also in psychology, design, ethics, etc. Our multidisciplinary research group has been working on designing social robotic platforms in different applications for children with special needs.

The aim of this thesis is to investigate different scenarios in therapy or education where social robots could be a useful tool for children. We ran 4 studies with different purposes: (1) to design activities with LEGO robotics to assess children with autism spectrum disorder (ASD) social behaviour (between peers and with adults) and to analyze the effectiveness, (2) to design a social robotic platform to recover the functionalities most affected by traumatic brain injuries (TBI) in children and see the effectiveness of the treatment, (3) to provide a pet robot to alleviate feelings of anxiety, loneliness and stress of long-term children inpatient and their bystanders, and (4) to verify how a robot with social behaviour and personalization verses those robots without, shows differences in terms of interaction with children and thus, helps the effectiveness of different treatments as we mention above.

The results revealed different outcomes depending on the application: (1) effectiveness with the social robotic platform that we designed in neuropsychological treatment in those areas affected by TBI, (2) effectiveness with the LEGO robotics activities designed by a group of therapists in terms of improvement of the social skills and engagement, (3) a positive effect within mediators and facilitators of interaction and relationships between the different agents involved in the caring process: in-patients, relatives, volunteers and clinical staff (4) slight evidence towards a different interaction, in terms of time, between both groups in the average of a two-week period.